Przegląd

Organizmy transgeniczne są genetycznie modyfikowane tak, aby przenosiły transgeny – geny innego gatunku – jako część swojego genomu. Transgen może być albo inną wersją jednego z genów organizmu, albo genem, który nie istnieje w ich genomie. Transgeny są zwykle generowane przez techniki rekombinacji DNA i klonowania DNA. Transgeniczne bakterie, rośliny i zwierzęta pozwalają naukowcom odpowiadać na pytania biologiczne i projektować praktyczne rozwiązania.

Tworzenie organizmu transgenicznego

Naukowcy rozpoczynają proces transgenezy – wprowadzenia transgenu do genomu organizmu – od wyboru odpowiedniej techniki. Istnieje kilka biologicznych, chemicznych i fizycznych metod transgenezy. Powszechna metoda biologiczna polega na wprowadzeniu obcego DNA do genomu komórki gospodarza za pośrednictwem wirusa, co nazywa się transdukcją. Popularna metoda chemiczna wykorzystuje fosforan wapnia (_Ca3(PO₄)₂). Metoda opiera się na tworzeniu osadu_Ca3(PO₄)₂/DNA w celu ułatwienia wiązania DNA z komórkami i wnikania do nich. Metody fizyczne, takie jak mikroiniekcja – technika, która wykorzystuje cienką, szklaną igłę do ręcznego wprowadzania materiału genetycznego do komórek – sztucznie wprowadzają DNA na siłę.

Po wejściu do komórki transgen może zintegrować się losowo lub w określonym miejscu w genomie za pomocą enzymów naprawy DNA (tj. Rekombinacji). Te transgeniczne komórki następnie namnażają się i replikują transgen jako część swojego genomu, stabilnie wyrażając gen będący przedmiotem zainteresowania badacza. Transgen może nie integrować się z genomem, a zatem indukować tylko przejściową ekspresję genu będącego przedmiotem zainteresowania badacza. Zazwyczaj selektywny marker (np. gen oporności na antybiotyki) lub gen reporterowy (np. GFP) są dołączane wraz z genem będącym przedmiotem zainteresowania, dzięki czemu można zidentyfikować komórki z udaną integracją transgenu.

Transgeny mogą być wprowadzane do zwierząt i roślin

U zwierząt transgen jest zwykle wprowadzany do zapłodnionej komórki jajowej we wczesnym stadium za pomocą mikroiniekcji. Jest nadzieja, że transgen zintegruje się z komórkami rozrodczymi – reprodukcyjnymi komórkami prekursorowymi, które stają się gametami (tj. komórką jajową lub plemnikiem) – tak, że ulegnie ekspresji we wszystkich rozwijających się komórkach organizmu. Co więcej, integracja linii zarodkowej jest dziedziczna, co oznacza, że transgen może być przekazywany z pokolenia na pokolenie przez rozmnażanie. Zwierzęta transgeniczne są krzyżowane wstecznie – potomstwo jest kojarzone z rodzicem – w celu stworzenia linii zwierząt, które są homozygotyczne dla transgenu.

Transgeneza roślin rutynowo wykorzystuje metodę biologiczną, taką jak dostarczanie wektorów bakteryjnych, w celu wprowadzenia obcego DNA do komórek. Rhizobium radiobacter (wcześniej znany jako Agrobacterium tumefaciens) jest żyjącą w glebie, patogenną bakterią, która może infekować rośliny i integrować swoje plazmidowe DNA z genomem rośliny. Naukowcy zmodyfikowali R. radiobacter tak, aby plazmidowe DNA mogło przenosić transgen. Próbki tkanek roślinnych są hodowane za pomocą R. radiobacter, aby umożliwić infekcję i integrację transgenu. Tkanki te są dalej hodowane na selektywnych pożywkach, które indukują wzrost pędów i korzeni, aż do momentu, gdy powstająca roślina będzie mogła zostać przeniesiona do gleby. Te transgeniczne rośliny są krzyżowane wstecznie, aby stworzyć linie roślin transgenicznych o wysokiej wydajności.

Praktyczne zastosowania organizmów transgenicznych

Organizmy transgeniczne mają wiele zastosowań w rolnictwie, nauce, przemyśle i medycynie. Na przykład wyprodukowano rośliny transgeniczne, które są odporne na owady, aby zwiększyć plony i zmniejszyć stosowanie pestycydów (np. kukurydza Bt); bakterie zostały zaprojektowane do wykorzystania w badaniach biomedycznych i do produkcji biopaliw; Zwierzęta transgeniczne były wykorzystywane do produkcji leków – takich jak ludzkie białka – oraz do tworzenia modeli chorób u ludzi. Naukowcy wykorzystują moc transgenicznych roślin, bakterii i zwierząt do badania ekspresji genów, tworzenia pożądanych produktów genowych lub promowania cennych cech.