16.7: Трансгенные организмы

Обзор

Трансгенные организмы генетически модифицированы для переноски трансгенов – генов различных видов – как часть их генома. Трансген может быть либо другой версией одного из генов организма, либо геномом, которого нет в их геноме. Трансгены обычно генерируются рекомбинантными методами ДНК и клонирования ДНК. Трансгенные бактерии, растения и животные позволяют ученым решать биологические вопросы и разрабатывать практические решения.

Создание трансгенного организма

Ученые начинают процесс трансгенеза – введения трансгена в геном организма– путем выбора соответствующей методики. Существует несколько биологических, химических и физических методов трансгенеза. Общий биологический метод включает в себя вирус-опосредованное введение особой ДНК в геном клетки-хозяина, называемый трансдукции. Популярный химический метод использует фосфат кальция (Ca₃(PO₄)₂). Метод основан на формировании Ca₃(PO₄) 2 /DNA осадок для_{облегчения связывания ДНК}с клетками и входящих в них. Физические методы, такие как микроинъекция – метод, который использует тонкую стеклянную иглу, чтобы вручную вставить генетический материал в клетки– искусственно ввести ДНК силой.

Оказавшись внутри клетки, трансген может интегрироваться случайным образом или на определенном участке в геноме с помощью ферментов восстановления ДНК (т.е. рекомбинации). Эти трансгенные клетки затем размножаются и реплицируют трансген как часть их генома, быстро выражая интерес к гену исследователя. Трансген не может интегрироваться в геном, и, следовательно, вызвать только переходное выражение гена исследователя интереса. Как правило, выбираемый маркер (например, ген устойчивости к антибиотикам) или ген репортера (например, GFP) включаются вместе с геном интереса, так что клетки с успешной трансгенной интеграцией могут быть идентифицированы.

Трансгены могут быть введены в животных и растений

У животных трансген обычно вставляется в раннюю стадию оплодотворенной яйцеклетки путем микроинъекции. Надежда заключается в том, что трансген будет интегрироваться в зародышевые клетки-репродуктивные клетки-предшественники, которые становятся gametes (т.е. яйцеклетки или спермы) - так что он будет выражаться во всех развивающихся клеток организма. Кроме того, интеграция зародышевой линии является натяженной, а это означает, что трансген может быть передан из поколения в поколение путем размножения. Трансгенные животные возвращаются - потомство спаривается с родителем, чтобы создать линии животных, которые являются однородными для трансгена.

Растительный трансгенез регулярно использует биологический метод, такой как бактериальный вектор доставки, ввести инодерной ДНК в клетки. Rhizobium radiobacter (ранее известный как Agrobacterium tumefaciens) является почвенной, патогенной бактерией, которая может инфицировать растения и интегрировать его плазмидную ДНК в геном растения. Ученые модифицировали R. radiobacter так, что плазмидная ДНК может нести трансген. Образцы тканей растений культури с R. radiobacter, чтобы обеспечить инфекцию и интеграцию трансгена. Эти ткани дополнительно культурировать на селективных средств массовой информации, которые вызывают стрелять и корень роста до зарождающегося растения могут быть переданы в почву. Эти трансгенные растения перекрещены, чтобы создать линии высокодоходных, трансгенных растений.

Практическое использование трансгенных организмов

Трансгенные организмы имеют много применений в сельском хозяйстве, науке, промышленности и медицине. Например, были произведены трансгенные растения, устойчивые к насекомым для повышения урожайности и сокращения использования пестицидов (например, кукурузы Bt); бактерии были разработаны для использования в биомедицинских исследованиях и для производства биотоплива; и трансгенные животные используются для производства лекарственных средств, таких как человеческие белки, и для создания моделей болезней человека. Ученые используют силу трансгенных растений, бактерий и животных для исследования экспрессии генов, создания желаемых генных продуктов или поощрения ценных черт.

трансгенные организмы генетически спроектированы, чтобы получить трансген, новый ген, часто от другого вида, вставленный в их геном, чтобы он мог произвести желаемый белок. Например, трансгенные козы были выведены для производства паучьего шелка в молоке, который затем используется для изготовления исключительно прочных волокон. Введение трансгена, как правило, выполняется на первом этапе развития, таком как оплодотворённая яйцеклетка, таким образом, что трансген будет присутствовать во всех клетках организма, включая половые клетки.

Включение в эти клетки позволяет трансгену быть переданным следующим поколениям через разведение, создание линии трансгенных организмов, которые производят инородный белок.