Cosa sono gli OGM e come vengono fatti?

Che cos'è un OGM?

L'OGM è breve per "organismo geneticamente modificato". La modifica genetica è attiva da decenni ed è il modo più efficace e rapido per creare una pianta o un animale con un tratto o una caratteristica specifica. Permette precise modifiche specifiche alla sequenza del DNA. Poiché il DNA comprende essenzialmente il progetto per l'intero organismo, le modifiche al DNA modificano le funzioni che l'organismo è capace.

Non c'è davvero altro modo per farlo, ad eccezione delle tecniche sviluppate negli ultimi 40 anni per manipolare direttamente il DNA.

Come modificate geneticamente un organismo? In realtà, questa è una domanda piuttosto ampia. Un organismo può essere una pianta, un animale, un fungo o un batterio e tutti questi possono essere e sono stati progettati geneticamente da quasi 40 anni. I primi organismi geneticamente modificati erano batteri nei primi anni '70. Da allora, i batteri geneticamente modificati sono diventati il ​​cavallo di lavoro di centinaia di migliaia di laboratori che eseguono modifiche genetiche su piante e animali. La maggior parte dei mutamenti e delle modifiche del gene base sono progettate e preparate usando batteri, principalmente alcune variazioni di E. coli, poi trasferite agli organismi bersaglio.

L'approccio generale per alterare geneticamente piante, animali o microbi è concettualmente abbastanza simile. Tuttavia, ci sono alcune differenze nelle tecniche specifiche a causa delle differenze generali tra cellule vegetali e animali.

Ad esempio, le cellule vegetali hanno pareti cellulari e cellule animali non lo fanno.

Motivi per modificazioni genetiche di piante e animali

Gli animali GM sono fatti principalmente per scopi di ricerca, spesso come sistemi biologici modello usati per lo sviluppo di farmaci. Ci sono stati alcuni animali GM sviluppati per altri scopi commerciali, come i pesci fluorescenti come animali domestici e le zanzare GM per aiutare a controllare le zanzare che trasportano malattie.

Tuttavia, queste sono applicazioni relativamente limitate al di fuori della ricerca biologica di base. Finora, nessun animale GM è stato approvato come fonte alimentare. Presto, però, che può cambiare con l'AquaAdvantage Salmon che sta facendo la sua strada attraverso il processo di approvazione.

Tuttavia, con le piante, la situazione è diversa. Mentre molte piante sono modificate per la ricerca, l'obiettivo della maggior parte delle modifiche genetiche vegetali è quello di fare un ceppo di piante che sia commerciale o socialmente vantaggioso. Ad esempio, i rendimenti possono essere aumentati se le piante sono progettate con una migliore resistenza a un parassita che causa la malattia come il Rainbow Papaya o la capacità di crescere in una regione inospitale, forse più fredda. Il frutto che rimane più maturo, come i pomodori estivi senza fine, offre più tempo per il tempo di scadenza dopo il raccolto per l'uso. Inoltre, sono stati fatti anche tratti che aumentano il valore nutrizionale, come il Riso dorato progettato per essere ricchi di vitamina A, o utilità del frutto, come le mele artiche non brunate.

In sostanza, qualsiasi caratteristica che può essere manifestata con l'aggiunta o l'inibizione di un gene specifico, può essere introdotta. Possono anche essere gestiti i tratti che richiedono più geni, ma questo richiede un processo più complicato che non è ancora stato raggiunto con colture commerciali.

Che cosa è un gene?

Prima di spiegare come nuovi geni vengono messi in organismi, è importante capire che cosa sia un gene. Come molti probabilmente sanno, i geni sono fatti di DNA, composto in parte da quattro basi comunemente note come semplicemente A, T, C, G. L'ordine lineare di queste basi in una fila verso un filo DNA di un gene può essere considerato come un codice per una specifica proteina, proprio come le lettere in una riga di codice di testo per una frase.

Le proteine ​​sono grandi molecole biologiche costituite da aminoacidi legati insieme in varie combinazioni. Quando la giusta combinazione di aminoacidi è collegata tra loro, la catena di aminoacidi si piega insieme in una proteina con una forma specifica e le caratteristiche chimiche giuste insieme per consentirle di eseguire una particolare funzione o reazione. Le cose viventi sono costituite in gran parte di proteine. Alcune proteine ​​sono enzimi che catalizzano le reazioni chimiche; altri trasportano materiale nelle cellule e alcuni agiscono come interruttori che attivano o disattivano altre proteine ​​o cascate proteiche.

Così, quando viene introdotto un nuovo gene, dà alla cella la sequenza di codice per consentirgli di fare una nuova proteina.

Come le cellule organizzano i loro geni?

Nelle piante e nelle cellule animali, quasi tutto il DNA è ordinato in parecchi lunghi fili che si sono feriti nei cromosomi. I geni sono in realtà solo piccole sezioni della lunga sequenza di DNA che costituiscono un cromosoma. Ogni volta che una cellula replica, tutti i cromosomi sono replicati in primo luogo. Questo è l'insieme centrale di istruzioni per la cella e ogni cellula di progenie ottiene una copia. Quindi, per introdurre un nuovo gene che consente alla cellula di produrre una nuova proteina che conferisca un particolare tratto, bisogna semplicemente inserire un po 'di DNA in uno dei lunghi fili di cromosoma. Una volta inserita, il DNA verrà trasmesso a tutte le cellule figlia quando la cellula replica proprio come tutti gli altri geni.

Infatti, alcuni tipi di DNA possono essere mantenuti in cellule separate dai cromosomi ei geni possono essere introdotti usando queste strutture in modo che non si integrano nel DNA cromosomico. Tuttavia, con questo approccio, poiché il DNA cromosomico della cellula è alterato, di solito non viene mantenuto in tutte le cellule dopo diverse repliche. Per la modifica genetica permanente ed ereditaria, come i processi utilizzati per l'ingegnerizzazione delle colture, vengono utilizzate modifiche cromosomiche.

Come è inserito un nuovo gene?

L'ingegneria genetica si riferisce semplicemente all'inserimento di una nuova sequenza di base del DNA (di solito corrispondente a un gene intero) nel DNA cromosomico dell'organismo. Questo può sembrare concettualmente semplice, ma tecnicamente, diventa un po 'più complicato. Ci sono molti dettagli tecnici coinvolti nel trovare la giusta sequenza di DNA con i segnali giusti nel cromosoma nel giusto contesto che consente alle cellule di riconoscere che è un gene e lo usa per produrre una nuova proteina.

Ci sono quattro elementi chiave che sono comuni a quasi tutte le procedure di ingegneria genetica:

In primo luogo, hai bisogno di un gene. Ciò significa che hai bisogno della molecola fisica del DNA con le sequenze di base particolari. Tradizionalmente, queste sequenze sono state ottenute direttamente da un organismo utilizzando una qualsiasi delle tecniche laboriose. Oggi, piuttosto che estrarre DNA da un organismo, gli scienziati solitamente sintetizzano semplicemente dalle sostanze chimiche di base A, T, C, G. Una volta ottenuta, la sequenza può essere inserita in un pezzo di DNA batterico che è come un piccolo cromosoma (un plasmide) e, poiché i batteri si replicano rapidamente, è possibile realizzare gran parte del gene come necessario.

Una volta che hai il gene, devi metterlo in un filone di DNA circondato dalla sequenza del DNA circostante per consentire alla cellula di riconoscerla e di esprimerla. Principalmente, questo significa che hai bisogno di una piccola sequenza di DNA chiamata promotore che segnala la cellula per esprimere il gene.

1. Oltre al gene principale da inserire, spesso è necessario un secondo gene per fornire un marcatore o una selezione. Questo secondo gene è essenzialmente uno strumento utilizzato per identificare le cellule che contengono il gene.
2. Infine, è necessario disporre di un metodo di erogazione del DNA nuovo (cioè, promotore, nuovo gene e marcatore di selezione) nelle cellule dell'organismo. Ci sono diversi modi per farlo. Per le piante, il mio preferito è l'approccio con la pistola genica che utilizza un fucile modificato 22 per sparare le particelle di tungsteno o di oro rivestite in DNA nelle cellule.
3. Con le cellule animali, ci sono un certo numero di reagenti di trasfezione che coaggiano o complicano il DNA e lo permettono di passare attraverso le membrane cellulari. È anche comune che il DNA venga fuso insieme al DNA virale modificato che possa essere utilizzato come vettore gene per portare il gene nelle cellule. Il DNA virale modificato può essere incapsulato con normali proteine ​​virali per fare uno pseudovirus che può infettare le cellule e inserire il DNA che trasporta il gene, ma non replicare per fare nuovo virus.
4. Per molte piante di dicot, il gene può essere collocato in una variante modificata del vettore T-DNA dei batteri Agrobacterium tumefaciens. Ci sono anche alcuni altri approcci. Tuttavia, con la maggior parte, solo un piccolo numero di cellule prende il gene che fa la selezione delle cellule progettate una parte critica di questo processo. Per questo motivo è necessaria una selezione o un gene marker.

Ma, come fai a fare un mouse o un pomodoro geneticamente modificato?

Un OGM è un organismo con milioni di cellule e la tecnica di cui sopra solo descrive solo come ingegnerizzare geneticamente le singole cellule. Tuttavia, il processo di generazione di un intero organismo implica essenzialmente l'utilizzo di queste tecniche di ingegneria genetica sulle cellule germinali (ovvero spermatozoi e cellule uovo). Una volta inserito il gene chiave, il resto del processo utilizza fondamentalmente tecniche di allevamento genetico per produrre piante o animali che contengono il nuovo gene in tutte le cellule del loro corpo. L'ingegneria genetica è realmente fatta per le cellule. La Biologia fa il resto.