Language
Country/Area
No result found
Загадочная технология вставки генов: как ученые точно модифицируют ДНК?
Развитие технологии генной инженерии сделало возможным изменение геномов животных и растений, что позволяет ученым вставлять, удалять и изменять гены различными способами. За этой способностью стоят годы исследований функций генов и их манипуляций. Благодаря быстрому развитию генетических технологий ученые получили возможность выполнять операции по модификации с высокой точностью, открывая безграничный простор для воображения для будущего научного и сельскохозяйственного развития.
Создание трансгенного или отредактированного организма требует тщательного выполнения множества этапов: от выбора гена до его изоляции и включения в подходящий вектор, который затем используется для вставки гена в геном хозяина.
Генная инженерия основана на нескольких научных открытиях, включая ферменты рестрикции, ДНК-лигазы, а также развитие технологий полимеразной цепной реакции (ПЦР) и секвенирования. Эти инструменты позволяют манипулировать генами не только эффективно, но и точно. По сравнению со старой технологией случайной вставки современная технология позволяет точнее определить точку вставки и уменьшить ненужные побочные эффекты.
Традиционно ученые полагались на такие методы, как мейотические эндонуклеазы и нуклеазы с цинковыми пальцами, которые усложняют процесс вставки гена и затрудняют его контроль. С 2009 года точность, обеспечиваемая системами TALEN и Cas9 на основе CRISPR, значительно улучшила все эти показатели, существенно повысив точность и эффективность редактирования генов.
История генной инженерии
Истоки человеческого манипулирования генами можно проследить вплоть до искусственного отбора в древнем сельском хозяйстве. Еще в 12 000 году до нашей эры люди использовали искусственный отбор для внесения генетических изменений в растения и животных. Со временем наше понимание работы генов развивалось, включая ранние работы Менделя по законам наследования и эпохальное открытие ДНК как генетического материала в 1944 году.
Первые опубликованные экспериментальные результаты Менделя, датируемые 1865 годом, раскрыли законы генетической наследственности и ознаменовали начало эры современной генетики.
Научные и технологические достижения 20-го века еще больше способствовали развитию генетики. Например, открытие эндонуклеаз рестрикции и ДНК-лигаз проложило путь к технологии рекомбинантной ДНК, которая может не только сращивать гены, но и формировать новые комбинации генов. . Позднее, в 1983 году, Кэри Маллис разработал технологию ПЦР, которая позволила ученым быстро и эффективно амплифицировать определенные фрагменты ДНК, а также проводить их дальнейший скрининг и модификацию.
Выберите целевой ген
Перед выполнением редактирования генов необходимо сначала определить целевой ген, который будет вставлен. Этот процесс часто обусловлен конкретными потребностями ученых в целевых организмах. Это может быть связано как с одним-двумя генами, так и с более сложным биосинтетическим путем. После идентификации генов ученые могут вставлять гены из разных организмов в бактерии для хранения и модификации.
Исследователи выявляют лучшие гены-кандидаты посредством скрининга и сравнения генов, что способствует анализу и извлечению генов, тем самым обеспечивая поддержку для последующих экспериментов.
Например, для более детального изучения организмов, которые обычно не склонны к мутациям, ученые могут выбрать особей, которые мутировали естественным образом. Скрининг целевых генов позволит дополнительно определить их сходство с известными генами на основе их функций, тем самым выбрав гены для вставки. Благодаря достижениям в области геномики, микрочипов и секвенирования генома скрининг стал значительно эффективнее и проще.
Технология генной манипуляции
Каждый процесс генной инженерии подразумевает точную модификацию ДНК. Сначала ученым необходимо извлечь ДНК из клеток. Этот процесс обычно основан на химических методах разделения клеток и отделения ДНК от других клеточных компонентов с использованием таких методов, как центрифугирование. После извлечения целевой ген необходимо разделить, обычно путем поэтапного разрезания на небольшие фрагменты с помощью рестрикционных эндонуклеаз.
При фактическом извлечении и модификации генов исследователи используют ферменты, такие как РНКаза, для выполнения непрерывных и точных операций, чтобы гарантировать полноту и целостность полученных фрагментов ДНК, а затем выполняют многократный скрининг и клонирование.
В этом процессе для того, чтобы обеспечить эффективную экспрессию вставленного гена, обычно необходимо добавить к сконструированному гену области промотора и терминатора. Эти дополнительные элементы помогают регулировать экспрессию генов и их функционирование. После того, как ген создан, его необходимо вставить в геном хозяина. Этот процесс осуществляется с использованием различных методов в зависимости от целевого организма.
Перспективы на будущее
Развитие генной инженерии открыло новую главу в биотехнологии. От трансгенных растений до создания моделей на животных — технология редактирования генов широко применяется во многих областях, таких как сельское хозяйство, медицина и экология. Можем ли мы ожидать новых прорывов в генной инженерии в будущем по мере совершенствования технологий?
