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15.1: What is Genetic Engineering?
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What is Genetic Engineering?
 

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15.1: What is Genetic Engineering?

基因工程是修饰生物体DNA引入新的理想性状的过程。从学术研究,医学,农业和工业目的,从细菌到植物和动物的许多生物都经过了基因改造。尽管基因工程具有一定的好处,但伦理问题围绕着改变人类和我们的食物供应。

科学家可以故意修改生物体的基因组

基因工程之所以成为可能,是因为遗传密码是DNA编码信息的方式,DNA的结构在所有生命形式中都是普遍存在的。因此,一个有机体的遗传密码可以通过多种方式进行修改。

核苷酸序列可以使用诸如CRISPR/Cas9系统等技术进行选择性编辑。 CRISPR/Cas9系统被称为“分子剪刀”,是一种先天的、原核的免疫反应,已被用于编辑基因信息。

基因也可以从生物体中移除以产生“敲除”,或通过一种称为基因靶向的过程引入以产生“敲除”。这种方法依赖于具有相似序列的扩展区域的DNA分子之间的同源重组来修饰内源性基因。

科学家还可以将一个有机体的基因插入另一个有机体的基因组,从而产生转基因有机体。通常,来自不同来源的DNA被称为重组DNA。接受DNA的有机体被认为是转基因有机体或转基因生物。

基因工程影响人类健康和福祉

基因组编辑已经对科学研究、农业、工业和医学产生了重大影响。分子生物学研究经常将外源基因插入细菌和病毒中,以研究基因的功能和表达。细菌是最早被基因改造的生物。科学家们引入了人类胰岛素基因来生产糖尿病患者使用的合成胰岛素。

一种叫做基因治疗的技术允许一个新的基因被插入到一个人体内,这样它所编码的蛋白质就可以在他们的细胞内表达。基因治疗为一些严重的和不可治疗的基因疾病提供了一种治疗方法。科学家对病毒进行了改造,将新基因传递给宿主细胞。这些定制的病毒可以感染患病细胞并插入有缺陷基因的正确拷贝,治疗人类疾病,如严重的联合免疫缺陷(SCID)。

尽管许多基因治疗方法使用改良病毒,CRISPR/Cas9 系统已经成为一种越来越流行的技术。CRISPR/Cas9 系统通过一种叫做 CRISPR的RNA序列来切割DNA,将一种叫做 Cas9的酶“分子剪刀”引导到基因组中的特定位点。科学家使用这种分子工具来添加、移除或改变遗传物质。 CRISPR/Cas9 被用于小鼠模型中,以纠正杜氏肌营养不良、乙型肝炎、白内障和心血管疾病的基因错误。

虽然基因工程可以产生新的疾病治疗方法,但它也可以用于其他实际用途。转基因山羊已经开发出来,可以在牛奶中生产蜘蛛丝,供工业使用。在农业上,一些植物经过基因改造以改善其营养成分和抗虫性等特性。基因工程的近期和未来进展可能继续影响人类健康和福祉。

关于基因工程的伦理问题

基因工程有很大的潜力,但我们该在哪里划清界限呢?科学家和社会必须回答这个问题。人类基因组编辑,特别是生殖细胞基因组编辑,是一个重要的伦理问题。大多数基因疗法修饰体细胞,因此基因改变只影响个体。然而,一个人生殖系的变化也是由其后代遗传的。

2018年,一位科学家据称创造了第一批用CRISPR基因改造的婴儿,震惊了世界。他试图通过引入一种未经研究的生殖系突变,使双胞胎女婴对艾滋病毒产生抗药性。当科学家和公众努力解决这对人类意味着什么时,他的行为引发了愤怒和担忧。目前尚不清楚这将如何影响这两个女孩子的健康、她们未来的孩子或对人口的影响。

另一个令人担忧的问题是利用外来基因物质改善粮食供应。植物是最常见的转基因食品来源,全球有28个国家种植了近4.5亿英亩的转基因作物。虽然为日益增长的世界人口确保粮食供应具有巨大潜力,但需要进行科学合理的长期研究,以解决转基因批评者的担忧。


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