Трансген

Трансген ― ген кој е пренесен по природен пат, или со која било од голем број техники на генетско инженерство, од еден организам на друг. Воведувањето на трансген, во постапка познат како трансгенеза, има потенцијал да го промени фенотипот на организмот. Трансгенот опишува сегмент од ДНК кој содржи генска секвенца која е изолирана од еден организам и е внесена во различен организам. Овој нематичен сегмент на ДНК може или да ја задржи способноста да произведува РНК или белковина во трансгенскиот организам или да ја промени нормалната функција на генетскиот код на трансгенскиот организам. Претежно, ДНК е вградена во микробна линија на организмот. На пример, кај повисоките 'рбетници тоа може да биде постигнато со вбризгување на туѓа ДНК во јадрото на оплодената јајце клетка. Оваа техника рутински е користена за воведување гени за човечки болести или други гени од интерес во соеви на лабораториски глувци за проучување на функцијата или патологијата вклучени во тој конкретен ген.
Изградбата на трансген бара склопување на неколку главни делови. Трансгенот мора да содржи промотор, кој е регулаторна секвенца која ќе определи каде и кога трансгенот е активен, егзон, белковинска секвенца за кодирање (обично добиена од комплементарна ДНК за белковината од интерес) и стоп секвенца. Тие обично се комбинирани во бактериски плазмид и секвенците за кодирање обично се избирани од трансгени со претходно познати функции.
Трансгенските или генетски изменетите организми, било да се тоа бактерии, вируси или габи, служат за многу истражувачки цели. Се одгледуваат трансгенски растенија, инсекти, риби и цицачи (вклучувајќи ги и луѓето). Трансгенските растенија како пченката и сојата ги замениле дивите видови во земјоделството во некои земји (на пр. Соединетите Држави). Трансгенското бегство е документирано, за култури кои се со генетско изменети организми, од 2001 година со упорност и инвазивност. Трансгенетските организми поставуваат етички прашања и може да предизвикаат проблеми со биосигурноста.
1 Историја
Идејата за обликување на еден организам за да одговара на одредена потреба не е нова наука. Сепак, до крајот на 1900-тите, одгледувачите и научниците можле да одгледуваат нови соеви на растение или организам само од тесно сродни видови бидејќи ДНК морала да одговара за потомството да може да биде размножувано.
Во 1970-тите и 1980-тите, научниците ја поминале оваа пречка измислувајќи процедури за комбинирање на ДНК на два многу различни видови со генетско инженерство. Организмите произведени со овие процедури биле наречени трансгенски. Трансгенезата е иста како и генската терапија во смисла дека и двете ги преобразуваат клетките за одредена цел. Сепак, тие се сосема различни во нивните цели, бидејќи генската терапија има за цел да излечи дефект во клетките, а трансгенезата се обидува да произведе генетски изменет организам со инкорпорирање на специфичниот трансген во секоја клетка и менување на геномот. Затоа, трансгенезата ќе ги промени микробните клетки, не само соматските клетки, со цел да се осигура дека трансгените се пренесуваат на потомството кога организмите се размножуваат. Трансгените го менуваат геномот со блокирање на функцијата на генот домаќин; тие можат или да го заменат генот домаќин со ген кој кодира различна белковина или да воведат дополнителен ген.
Првиот трансгенски организам бил создаден во 1974 година кога Ени Чанг и Стенли Коен ги изразиле гените на ''Staphylococcus aureus'' во ''Escherichia coli''. Во 1978 година, клетките на квасецот биле првите еукариотски организми кои биле подложени на пренос на гени. Клетките на глушецот првпат биле преобразени во 1979 година, а потоа и ембриони од глувци во 1980 година. Повеќето од првите трансмутации биле извршени со микровбризгување на ДНК директно во клетките. Научниците биле во можност да развијат други методи за извршување на преобразбите, како што е вклучување на трансгени во ретровирусите и потоа инфицирање на клетките; користење на електроинфузија, која ја користи електричната струја за да помине туѓа ДНК низ клеточниот ѕид; биолистика, што е постапка на испуштање на истрели од ДНК во клетките; а исто така и доставување на ДНК во ново оплодената јајце клетка.
Првите трансгенски животни биле наменети само за генетско истражување за проучување на специфичната функција на генот, а до 2003 година биле проучувани илјадници гени.
2 Употреба во растенијата
Различни трансгенски растенија се дизајнирани за земјоделството за производство на генетски изменети култури, како што се пченка, соја, масло од репка, памук, ориз и многу повеќе. Согласно 2012 година, овие култури со генетски изменети организми се засадени на 170 милиони хектари на светско ниво.
2.1 Златен ориз
Еден пример за трансгенски растителни видови е златниот ориз. Во 1997 година, пет милиони деца развиле ксерофталмија, медицинска состојба предизвикана од недостаток на витамин А, само во Југоисточна Азија. Од тие деца, четвртина милион ослепеле. За да се борат против ова, научниците користеле биолистика за да го вметнат генот на фитоен синтаза од нарцис во домородните азиски сорти ориз. Вметнувањето на нарцис го зголемило производството на β-каротин. Производот бил трансгенски вид ориз богат со витамин А, наречен златен ориз. Малку е познато за влијанието на златниот ориз врз ксерофталмијата, бидејќи кампањите против генетски изменените организми го спречиле целосното комерцијално ослободување на златниот ориз во земјоделските системи кои имаат потреба.
2.2 Трансгенско бегство
Бегството на генетски инженираните растителни гени преку хибридизација со диви роднини првпат било разговарано и испитувано во Мексико и Европа во средината на 1990-тите. Постои согласност дека бегството на трансгените е неизбежно, дури и „некој доказ дека тоа се случува“. До 2008 година имало неколку документирани случаи.
2.2.1 Пченка
Пченката земена во примероци во 2000 година од Сиера Хуарез, Оахака, Мексико содржела трансгенски промотор 35S, додека голем примерок земен со различен метод од истиот регион во 2003 и 2004 година не. Примерок од друг регион од 2002 година, исто така, не, но насочените примероци земени во 2004 година го направиле тоа, што укажува на трајност на трансгенот или повторно воведување. Студијата од 2009 година откри рекомбинантни белковини во 3,1% и 1,8% од примероците, најчесто во југоисточно Мексико. Увозот на семе и жито од Соединетите Држави може да ја објасни честотата и распространетоста на трансгените во западно-средишно Мексико, но не и на југоисток. Исто така, 5,0% од семките од пченка во залихите на мексиканската пченка изразиле рекомбинантни белковини и покрај мораториумот на генетско изменетите култури.
2.2.2 Памук
Во 2011 година, трансгенскиот памук бил пронајден во Мексико меѓу дивиот памук, по 15 години одгледување на генетски изменет памук.
2.2.3 Маслодајна репка
Трансгенското семе од маслодајна репка ''Brassicus napus'' – хибридизирано со мајчин јапонски вид, ''Brassica rapa'' – било пронајдено во Јапонија во 2011 година откако било идентификувано во 2006 година во Квебек, Канада. Тие биле упорни во период од шест години, без притисок за селекција на хербицид и покрај хибридизацијата со дивиот облил. Ова бил првиот извештај за интрогресија - стабилно вклучување на гени од еден генски базен во друг - на трансген отпорен на хербицид од ''Brassica napus'' во генскиот базен од див облик.
Трансгенската ''Agrostis stolonifera,'' конструирана да биде толерантна на глифосат како „една од првите опрашувани од ветер, повеќегодишни и високоразминливи трансгенски култури“, била засадена во 2003 година како дел од едно големо (околу 160 ха) теренско испитување во средиштето на Орегон во близина на Мадрас. Во 2004 година, било откриено дека неговиот полен достигнал диви растечки групи на население од овој вид, на оддалеченост до 14 километри. Вкрстено опрашување со ''Agrostis gigantea'' дури било пронајдено на растојание од 21 километар. Одгледувачот, Scotts Company не можела да ги отстрани сите генетски изменети растенија, а во 2007 година, Министерство за земјоделство на Соединетите Држави го казнило ова претпријатие со 500.000 долари за непочитување на прописите.
2.2.4 Проценка на ризик
Се покажа дека долгорочното следење и контрола на одреден трансген не е изводливо. Европската управа за безбедност на храна објавила упатство за проценка на ризикот во 2010 година.
3 Употреба врз глувци
Генетски изменетите глувци се најчестиот животински модел за трансгенско истражување. Трансгенските глувци во моментов се користени за проучување на различни болести, вклучувајќи рак, дебелина, срцеви заболувања, артритис, анксиозност и Паркинсонова болест. Двата најчести видови на генетски изменувани глувци се соборените глувци и онкоглувци. Соборените глувци се врста на модел на глушец кој користи трансгенско вметнување за да го наруши изразувањето на постоечки ген. Со цел да бидат создадени соборени глувци, трансген со саканата секвенца се вметнува во изолирана бластоциста од глушец со помош на електропорација. Потоа, хомолошката рекомбинација се случува природно во некои клетки, заменувајќи го генот од интерес со дизајнираниот трансген. Преку оваа постапка, истражувачите можеле да покажат дека трансгенот може да биде вметнат во геномот на животното, да служи за одредена функција во клетката и да биде пренесена на идните генерации.
Онкоглувците се уште еден генетски изменет вид на глувци создаден со вметнување трансгени кои ја зголемуваат ранливоста на животното од рак. Истражувачите за рак користат онкоглувци за да ги проучуваат профилите на различни видови на рак со цел да го применат ова знаење во човечките студии.
4 Употреба во Drosophila
Спроведени се повеќе студии во врска со трансгенезата кај ''Drosophila melanogaster'', овошната мушичка. Овој организам е корисен генетски модел повеќе од 100 години, поради неговата добро разбрана шема на развој. Преносот на трансгените во геномот ''на Drosophila'' е извршен со користење на различни техники, вклучувајќи го елементот P, Cre-loxP и вметнување ΦC31. Најпрактикуваниот метод што бил користен досега за вметнување трансгени во геномот на ''Drosophila'' користи Р елементи. Преносливите P елементи, познати и како транспозони, се сегменти од бактериска ДНК кои се преселени во геномот, без присуство на комплементарна секвенца во геномот на домаќинот. Елементите P се носени во парови од два, кои го зафаќаат интересниот регион за вметнување на ДНК. Дополнително, P елементите често се состојат од две плазмидни компоненти, едната позната како транспозаза на елементот P, а другата, рбетот на транспозонот P. Плазмидниот дел на транспозазата ја поттикнува транспозицијата на столбот на транспозонот P, кој го содржи интересниот трансген и често маркер, помеѓу двете терминални места на транспозонот. Успешноста на ова вметнување резултира со неповратно додавање на интересниот трансген во геномот. Иако овој метод е докажан ефикасен, местата на вметнување на елементите P често се неконтролирани, што резултира со неповолно, случајно вметнување на трансгенот во геномот на ''Drosophila''.
За да биде подобрено пронаоѓањето на местото и прецизноста на трансгенската постапка, воведен е ензим познат како кре. Кре се покажала како клучен елемент во постапката позната како размена на касети посредувана од рекомбиназа. Иако се покажало дека има помала ефикасност на трансгенската преобразба од транспозазите на елементот P, кре во голема мера го намалува трудоинтензивното изобилство за урамнотежување на случајни P вметнувања. Cre помага во целената трансгенеза на генскиот сегмент на ДНК кој е од интерес, бидејќи го поддржува картирањето на местата за вметнување на трансгените, познати како loxP места. Овие места, за разлика од елементите P, можат да бидат специфично вметнати за да го заградат хромозомскиот сегмент од интерес, помагајќи во насочената трансгенеза. Кре-транспортазата е важна во каталитичкото расцепување на базните парови присутни на внимателно поставените loxP места, дозволувајќи поспецифични вметнувања на трансгенскиот дарителски плазмид од интерес.
За да бидат надминати ограничувањата и ниските приноси што ги произведуваат методите на транспозонско посредство и преобразбата Cre-loxP, неодамна е користен бактериофагот ΦC31. Неодамнешните пробивни студии вклучуваат микровбризгување на бактериофагот ΦC31 интеграза, што покажува подобрено вметнување на трансген на големи фрагменти на ДНК кои не можат да бидат транспонирани само со P-елементи. Овој метод вклучува рекомбинација помеѓу местото на прикачување во бактериофагот и местото на прикачување во геномот на бактерискиот домаќин. Во споредба со вообичаените методи за вметнување трансгенски елементи P, ΦC31 го вклучува целиот трансгенски вектор, вклучувајќи бактериски секвенци и гени отпорни на антибиотици. За жал, било откриено дека присуството на овие дополнителни вметнувања влијае на нивото и можноста за размножување на трансгенското изразување.
5 Употреба во сточарството и аквакултурата
Една земјоделска примена е селективно да бидат одгледувани животни за одредени особини: Трансгенски говеда со зголемен мускулен фенотип се создавани со прекумерно изразување на краткофибна РНК со хомологија со миостатинската информациска РНК користејќи мешање на РНК. Трансгените се користени за производство на млеко со високо ниво на белковини или пајакова свила во козјото млеко. Друга земјоделска примена е избрано одгледување животни, кои се отпорни на болести или животни за биофармацевтско производство.
6 Иден потенцијал
Примената на трансгените е брзо растечка област на молекуларната биологија. Од 2005 година, било предвидувано дека во следните две децении ќе бидат создадени 300.000 лози на трансгенски глувци. Истражувачите идентификувале многу примени за трансгени, особено во медицинската област. Научниците се насочуваат на употребата на трансгените за проучување на функцијата на човечкиот геном со цел подобро да ја разберат болеста, прилагодување на животинските органи за пресадување врз луѓе и производство на фармацевтски производи како што се инсулин, хормон за раст и фактори против згрутчување на крвта од млекото на трансгенските крави.
Почнувајќи од 2004 година, имало пет илјади познати генетски болести, а потенцијалот за лекување на овие болести со помош на трансгенски животни е, можеби, една од најперспективните примени на трансгените. Постои потенцијал да биде користена терапија со човечки гени за да биде заменет мутираниот ген со немутирана копија на трансген со цел да биде третирано генетското нарушување. Ова може да се направи преку употреба на Cre-Lox или генскособорување. Покрај тоа, генетските нарушувања се проучуваат преку употреба на трансгенски глувци, свињи, зајаци и стаорци. Трансгенските зајаци се создавани за проучување на наследни срцеви аритмии, бидејќи срцето на зајакот значително повеќе наликува на човечкото срце во споредба со глувчешкото. Во поново време, научниците почнале да користат и трансгенски кози за да ги проучуваат генетските нарушувања поврзани со плодноста.
Трансгените може да бидат користат за ксенотрансплантација од свински органи. Преку студијата за отфрлање на ксеноорганите, било откриено дека акутно отфрлање на пресадениот орган се јавува при допир на органот со крв од примачот поради препознавање на туѓи антитела на ендотелните клетки на пресадениот орган. Научниците го идентификувале антигенот кај свињите што ја предизвикува оваа реакција, и затоа се во можност да го пресадуваат органот без итно отфрлање со отстранување на антигенот. Сепак, антигенот почнува да се изразува подоцна, и се случува отфрлање. Затоа, се спроведувани дополнителни истражувања. Трансгенски микроорганизми способни да произведуваат каталитички белковини или ензими кои ја зголемуваат брзината на индустриските реакции.
7 Етички контроверзии
Употребата на трансген кај луѓето во моментов е полн со проблеми. Преобразбата на гените во човечки клетки сè уште не е усовршена. Најпознатиот пример за ова вклучува одредени пациенти кои развиле Т-клеточна леукемија откако биле третирани за Х-поврзана тешка комбинирана имунодефициенција. Ова се припишува на блиската близина на вметнатиот ген до промоторот LMO2, кој ја контролира транскрипцијата на прото-онкогенот LMO2.
8 Поврзано
* Хибрид
* Фузиска белковина
* Генетски фонд
* Проток на гени
* Интрогресија
* Хибридизација на нуклеинска киселина
* Модели на глувци на метастази на рак на дојка
9 Дополнителна литература
*