La historia de pbr322 la cuentan amigos que la conocen. Cuanto más específico mejor...
La herencia da estabilidad biológica a las especies y asegura su continuidad.
La variabilidad potencia la evolución de las especies biológicas y asegura su adaptación a diversos entornos.
En el largo proceso de la evolución biológica, la variación natural es muy lenta. Con el desarrollo de la ciencia biológica, los humanos han comenzado a aprender a intervenir en la variación biológica. El surgimiento de la genética clásica permite a las personas lograr variaciones en la naturaleza que tardan millones de años en lograrse en unos pocos años o décadas, cambiando así algunas especies y beneficiando a la humanidad.
Desde el nacimiento de la ingeniería genética a principios de la década de 1970, se han logrado muchos logros interesantes en sólo 30 años. Su característica más importante es que ha abierto un nuevo mundo en el uso de tecnología de ADN recombinante para transformar la herencia biológica en poco tiempo. Llena la brecha insuperable entre las especies biológicas, supera la ceguera de la reproducción convencional y hace posible que los humanos cultiven direccionalmente nuevas variedades y tipos de organismos, e incluso creen nuevos organismos que nunca se han visto en la naturaleza. En la actualidad, la ingeniería genética se está desarrollando rápidamente con un nuevo impulso y se ha convertido en una de las ciencias fronterizas más dinámicas y llamativas en el campo de la investigación biológica.
Primero, el nacimiento de la ingeniería genética
La ingeniería genética nació en 1973. Es la culminación de décadas de arduo trabajo y sabiduría de innumerables científicos. Desde la década de 1940, los científicos han sentado una base sólida para el surgimiento de la ingeniería genética tanto desde el punto de vista teórico como técnico.
En resumen, desde el nacimiento de la ingeniería genética en la década de 1940 hasta principios de la década de 1970, tres grandes descubrimientos teóricos y tres importantes invenciones tecnológicas en el campo de la biología molecular moderna jugaron un papel decisivo en el nacimiento de la ingeniería genética. ingeniería. :
1. Tres grandes descubrimientos teóricos
(1) Primero, en la década de 1940, se descubrió que el material genético de los seres vivos es el ADN.
En 1934, Avery informó por primera vez de los famosos resultados de la transformación de las bacterias neumocócicas en una conferencia académica en los Estados Unidos. Los resultados científicos que se adelantan a su tiempo a menudo no se aceptan fácilmente y con rapidez, y el artículo de Avery no fue reconocido. Fueron necesarios diez años para que este resultado se publicara públicamente. De hecho, Avery no sólo demostró que el ADN es el material genético de los organismos, sino que también demostró que el ADN puede transferir las características de una bacteria a otra, lo que tiene un importante significado teórico. Como señaló el premio Nobel Lederbevg, el trabajo de Avery fue el comienzo revolucionario de la ciencia biológica moderna y un pionero de la ingeniería genética.
(2) En la década de 1950 se dilucidaron la estructura de doble hélice y el mecanismo de replicación semiconservativo del ADN.
En 1953, Watson y Crick propusieron el modelo de doble hélice de la estructura del ADN. El desarrollo de las ciencias de la vida es comparable a la teoría de Darwin y la ley de Udall.
(3) El método de transmisión de la información genética se determinó en la década de 1960. Se confirma que la información genética se transmite a través del código, y cada tres nucleótidos forma un codón, que representa un aminoácido.
En 1966 se habían descifrado 64 codones, se había compilado un diccionario criptográfico y se habían descrito los principios centrales. Desde entonces, se han revelado a nivel molecular misteriosos fenómenos genéticos que han existido durante miles de años.
2. Tres grandes inventos científicos y tecnológicos
(1) Descubrimiento de las endonucleasas de restricción
De los años 40 a los 60, aunque se descarta la posibilidad de la ingeniería genética Sexo Está bien establecido en teoría, pero los científicos también tienen hermosos proyectos para la ingeniería genética. Pero cuando los científicos se enfrentan a enormes ADN bicatenarios (ADN ds), especialmente los eucariotas, cuyas moléculas de ADN son bastante grandes, todavía no saben cómo cortarlas en fragmentos genéticos individuales. Aunque el conocimiento de la enzimología estaba bastante avanzado en ese momento, ninguna enzima podía cortar eficazmente el ADN.
Hasta 1970, Smith y Wilcox aislaron y purificaron la endonucleasa de restricción Hind III de Haemophilus influenzae, permitiendo cortar moléculas de ADN. En 1972, se descubrió en el laboratorio de Boyer una endonucleasa llamada EcoRI. Cada vez que esta enzima encuentra la secuencia GAATTC, corta la molécula de ADN de doble cadena, formando fragmentos de ADN. Posteriormente, se descubrió una gran cantidad de endonucleasas de restricción similares a EeoRI, lo que permitió a los investigadores obtener los fragmentos de ADN especiales que necesitaban, proporcionando una base técnica para la ingeniería genética.
(2) Otro avance en la tecnología de ingeniería genética es el descubrimiento de la ADN ligasa.
En 1967, cinco laboratorios de todo el mundo descubrieron la ADN ligasa casi simultáneamente. Esta enzima puede participar en la reparación de huecos en el ADN. En 1970, el laboratorio estadounidense Kolanna descubrió una ADN ligasa llamada T4, que tiene una alta actividad de ligación.
(3) Descubrimiento de vectores de ingeniería genética
Los científicos tienen herramientas (enzimas) para cortar y conectar el ADN, pero no pueden completar la recombinación del ADN in vitro. Porque la mayoría de los fragmentos de ADN no tienen la capacidad de replicarse. Por lo tanto, para reproducirse en una célula huésped, los segmentos de ADN deben estar unidos a moléculas de ADN autorreplicantes específicas. Esta molécula de ADN es un vector de ingeniería genética.
La investigación sobre vectores para ingeniería genética precede a las endonucleasas de restricción. A partir de 1946, Lederberg comenzó a estudiar el factor sexual bacteriano ~ F. Después de las décadas de 1950 y 1960, se descubrieron uno tras otro otros plásmidos, como el factor de resistencia a los medicamentos (factor R) y el factor de Escherichia coli (CoE). En 1973, Cohen ya utilizaba plásmidos como vectores para la ingeniería genética.
Con los fundamentos teóricos y técnicos anteriores, las condiciones para el nacimiento de la ingeniería genética están maduras. Dos parteras científicas, Berg y Cohen, trajeron la ingeniería genética al mundo. .
En 1972, un equipo de investigación dirigido por P. Berg de la Universidad de Stanford en Estados Unidos logró con éxito la recombinación de ADN in vitro por primera vez en el mundo. Utilizaron la endonucleasa de restricción EcoRI para cortar el ADN del virus de simio SV40 y el fago lambda in vitro, y luego utilizaron la ADN ligasa T4 para conectar los dos fragmentos de ADN cortados para producir moléculas de ADN híbridas que contienen la recombinación de SV40 y ADN lambda. (El prototipo de la ingeniería genética)
En 1973, S. Cohen y otros de la Universidad de Stanford también llevaron a cabo con éxito otro experimento de recombinación in vitro y lograron la transferencia de rasgos entre bacterias. Cortaron el plásmido PSCl01 resistente a la tetraciclina (TCr) y el plásmido R6-3 anti-Ner y sulfonamida (Sr) de Escherichia coli (E.Coli) in vitro, los ligaron en un nuevo plásmido recombinante y luego los transformaron en E. Medio coli..Resultados: Se seleccionaron colonias recombinantes resistentes a tetraciclina y neomicina a partir de placas que contenían tetraciclina y neomicina. Este fue el primer ejemplo exitoso de transformación recombinante en la historia de la ingeniería genética. Nació la ingeniería genética y este año fue designado como el primer año de la ingeniería genética.
2. Logros de la ingeniería genética
La ingeniería genética es una ciencia creativa con un potencial de desarrollo asombroso y amplias perspectivas de aplicación. En los 30 años transcurridos desde su nacimiento, la ingeniería genética ha producido una serie de resultados revolucionarios, algunos de los cuales han hecho grandes contribuciones a la producción y la vida de las personas.
La ingeniería genética se ha desarrollado rápidamente desde 1977. Durante este año, la ingeniería genética logró logros sorprendentemente importantes. Por ejemplo:
(1)Itakara et al. recombinaron el gen de la hormona inhibina sintetizado químicamente con el gen de la β-galactosidasa de E. coli y el plásmido PBR322, y luego transformaron E. coli para producir un gen quimérico que contenía la hormona. Inhibina. Proteína sintética. Después del tratamiento con bromuro de hidrógeno, se libera la hormona activa inhibina. Esta es la primera vez que un gen artificial eucariota se expresa en procariotas. Este logro ha aumentado enormemente el interés y la confianza de la gente en la ingeniería genética. Utilizaron 9 litros de líquido de cultivo por valor de unos pocos dólares para producir 50 mg de sustancias bioactivas, lo que equivale a extraer 500.000 cerebros de oveja, lo cual es de gran importancia.
②En 1978, Godd. 1 y otros expresaron el gen de la insulina humana sintetizado químicamente en Escherichia coli. Introdujeron los genes de las dos cadenas peptídicas de los islotes pancreáticos humanos en Escherichia coli. Después del cultivo, Escherichia coli produjo la cadena A y la cadena B de la insulina humana, que pasaron al disulfuro. Los enlaces forman islotes pancreáticos humanos. Se estima que hay alrededor de 60 millones de diabéticos en el mundo y la insulina extraída del páncreas de cerdos y vacas ya no cubre sus necesidades. Por tanto, la expresión exitosa del gen de la insulina humana en E. coli permite sintetizar insulina artificialmente, lo que trae buenas noticias para la mayoría de los pacientes diabéticos.
(3) En 1979, Gooddel et al. expresaron con éxito el gen de la hormona del crecimiento humano en E. coli. La hormona del crecimiento humano está compuesta de 191 aminoácidos y puede promover el crecimiento y desarrollo de los niños y tratar el enanismo. La hormona del crecimiento humano para uso médico se aísla de la glándula pituitaria de cadáveres humanos y tiene fuentes extremadamente limitadas. Las bacterias genéticamente modificadas pueden producir la hormona del crecimiento humano, abriendo una amplia fuente de esta hormona.
(4) En 1980, Nagata et al. expresaron con éxito el gen del interferón en E. coli. El interferón tiene funciones antivirales, antitumorales e inmunes. Las bacterias genéticamente modificadas han producido con éxito interferones a gran escala, lo que ha hecho posibles ensayos clínicos a gran escala. Además, los científicos japoneses insertaron genes genéticos de la soja en plásmidos de E. coli y sintetizaron con éxito la proteína de la soja. Los Laboratorios Abbott de Estados Unidos utilizan la ingeniería genética para hacer que Escherichia coli produzca uroquinasa humana.
(5) En 1981, los nuevos productos obtenidos a partir de bacterias genéticamente modificadas incluían la vacuna contra la fiebre aftosa en animales, el antígeno de superficie y el antígeno central del virus de la hepatitis B, la hormona del crecimiento bovino, etc. La adquisición de los productos anteriores es de gran importancia para el diagnóstico y prevención de la hepatitis B en humanos, la prevención y tratamiento de la fiebre aftosa en animales de granja y la mejora de la producción de carne y leche.
La investigación de ingeniería genética del virus de la hepatitis B (VHB) en mi país comenzó en 1983. El Instituto de Bioquímica de Shanghai, el Instituto de Virología de la Academia China de Medicina Preventiva, el Instituto de Investigación Básica de la Academia China de Ciencias Médicas, la Academia de Ciencias Médicas Militares y el Instituto de Productos Biológicos de Shanghai han realizado sucesivamente estudios teóricos. trabaja en clonación molecular, secuenciación de ADN y mapeo genético del VHB. La Academia de Ciencias Médicas Militares también vende HBcAg producido por E. coli como reactivo de diagnóstico para la hepatitis. Pero en general el nivel de expresión no es demasiado alto. Se puede esperar que no esté lejos el día en que se utilicen vacunas genéticamente modificadas para tratar la hepatitis B.
En tercer lugar, la seguridad de la ingeniería genética
La ingeniería genética ha atraído gran atención por parte de la humanidad desde su nacimiento. Su importancia teórica y práctica es muy importante, pero como toda novedad, también encontró fuertes resistencias en su proceso de crecimiento. En los primeros años de la ingeniería genética hubo mucho debate al respecto.
Por poner algunos ejemplos sencillos:
1. La gente está preocupada por el problema del "escape de genes" porque la transferencia de genes se produce entre microorganismos mediante transducción, transformación y conjugación. Si los genes "dañinos" pueden escapar al cuerpo o al medio ambiente. Los científicos suelen utilizar E. coli como bacteria huésped. Los plásmidos recombinantes se expresaron en E. coli, que se temía que saliera del laboratorio a través del tracto digestivo de los investigadores. Después de dos años de estudios de examen fecal, no se encontraron E. coli ni plásmidos.
2. La muerte de “Dolly” en Inglaterra hace algún tiempo. Hitler. Película estadounidense de ciencia ficción.
3. Seguridad de los alimentos genéticamente modificados.
A medida que aumenta la población mundial, la escasez de alimentos se vuelve cada vez más grave. Muchos biólogos trabajan en cultivos de alta calidad y alto rendimiento. Hay dos formas principales de aumentar el rendimiento de los cultivos: por un lado, es imposible encontrar cultivos de alto rendimiento, por otro, reduce las pérdidas (sequía, anegamiento, virus, insectos, podredumbre, etc.). ) en el crecimiento de los cultivos. La tecnología utilizada actualmente en ingeniería genética vegetal consiste en aislar genes eficaces de otras especies y luego transferirlos a cultivos (como algodón, arroz, patatas, tomates, soja, maíz, etc. resistentes a insectos).
Aparecer ahora El problema es la seguridad. En particular, la gente comerá una gran cantidad de alimentos genéticamente modificados, y su seguridad debe ser altamente valorada y evaluada científicamente para garantizar la salud de las personas y permitir el desarrollo fluido de la ingeniería genética.
La seguridad de los alimentos vegetales modificados genéticamente incluye principalmente dos aspectos:
(1) Si existen sustancias tóxicas y proteínas alergénicas en los alimentos vegetales modificados genéticamente.
①El gen diana codifica una proteína alergénica conocida;
(2) Otra cuestión importante en la seguridad alimentaria es la evaluación de la seguridad de los genes marcadores.
Los genes npt (gen de la neomicina fosfotransferasa), hpt (gen de la higromicina fosfotransferasa), gent (gen de la acetiltransferasa) y de resistencia a herbicidas están altamente expresados en plantas transgénicas. Si la gente come muchos alimentos genéticamente modificados, ¿es posible que se vuelvan resistentes a los antibióticos?
4. Ingeniería genética y equilibrio del entorno ecológico
Después de plantar cultivos genéticamente modificados en el campo, se hibridarán naturalmente con parientes silvestres, lo que provocará que los parientes silvestres desarrollen resistencia, afectando así. el medio ambiente? Conduciendo a la creación de nuevas especies de malezas. Por ejemplo, los herbicidas ya no tienen propiedades herbicidas sobre las malezas que han capturado genes resistentes a los herbicidas; la captura de genes resistentes a los insectos puede conducir a la evolución alternativa de especies de plagas, todo lo cual obliga a las personas a utilizar productos químicos más peligrosos; Se puede observar que el cultivo a gran escala de plantas genéticamente modificadas puede traer grandes desventajas a la comunidad. El impacto en las comunidades no sólo es impredecible, sino que incluso puede tener consecuencias más graves; la captura de genes de proteínas tóxicas aumentará la reproducción y la propagación porque a los herbívoros les resulta difícil dañarlos.
Las especies de plantas raras pueden verse reducidas debido a la competencia y la diversidad genética de las mismas especies de plantas puede verse afectada.
Como se puede ver en los ejemplos anteriores, la ingeniería genética es un arma de doble filo, por lo que muchas personas en la sociedad, funcionarios gubernamentales e incluso científicos han pedido el uso de leyes y regulaciones para restringir la ingeniería genética. investigación. En los últimos años, la seguridad de las plantas genéticamente modificadas ha suscitado un debate mundial, ha atraído la atención de varios países y ha invertido mucha mano de obra y recursos materiales en la investigación científica. Los Institutos Nacionales de Salud (NIH) establecieron un comité para abordar estas quejas y en 1975 desarrollaron las Directrices generales para la investigación de moléculas de ADN recombinantes. Aunque existen muchas regulaciones sobre la protección de la seguridad de la ingeniería genética, muchos científicos firmaron una petición pidiendo la cancelación de experimentos peligrosos. El foco del debate sobre la ingeniería genética es el temor de que los organismos híbridos creados mediante ingeniería genética escapen del laboratorio y causen daños incontrolables en la naturaleza. Las bacterias o virus híbridos dañinos son diferentes de los químicos y pueden multiplicarse en la naturaleza y causar un daño mayor.
Los resultados muestran que las plantas transgénicas son básicamente iguales que las genéticas convencionales. Ambos modifican ciertos rasgos de las variedades existentes sobre la base original, o agregan nuevos rasgos, o eliminan síntomas indeseables y, en última instancia, desarrollan nuevas variedades con alta calidad, alto rendimiento, rendimiento estable, resistencia a enfermedades y resistencia al estrés. Sus diferencias eran cuestiones meramente técnicas y metodológicas. La ingeniería genética sólo utiliza la biología molecular moderna para modificar uno o varios genes, lo que mejora el propósito y la operatividad del mejoramiento y acorta el ciclo de mejoramiento. Hay que decir que es más científico y más seguro. Por ejemplo, en la cría convencional, los genes malos o incluso dañinos de los padres se transmitirán a la siguiente generación. El mejoramiento mediante ingeniería genética solo transmite genes buenos y útiles a la próxima generación, para que la próxima generación pueda continuar optimizando. La estructura y función de los genes diana deben estudiarse y seleccionarse de manera estricta y científica, y los problemas de seguridad mencionados anteriormente pueden evitarse bloqueando el uso de genes dañinos.
IV.Contenidos de la investigación en ingeniería genética
1. Definición
Desde la aparición de la ingeniería genética no existe una definición unificada y reconocida.
En términos generales, la ingeniería genética se refiere a la combinación de moléculas de ácido nucleico in vitro (obtenidas de células por cualquier medio) en cualquier virus, plásmido bacteriano u otro sistema vector (molécula) para formar nuevo material genético combinado. y se le permite ingresar al cuerpo de un huésped que no tiene tales moléculas, lo que le permite continuar reproduciéndose de manera estable. En otras palabras, se trata de manipular las unidades genéticas (genes) de las macromoléculas de ADN in vitro. Según el plano de diseño, se reconstruye un nuevo genoma (recombinante) a partir de genes de diferentes fuentes y luego se introduce en las células para formar un organismo con él. nuevas características genéticas del cuerpo.
Como puede verse en la definición anterior, una característica importante de la ingeniería genética es el énfasis en introducir nuevas combinaciones de moléculas extrañas de ADN en un nuevo organismo huésped para su reproducción. Esta nueva combinación de moléculas de ADN fue diseñada y manipulada basándose en métodos de ingeniería. Esto le da a la ingeniería genética la capacidad de cruzar las barreras de las especies naturales, superar las limitaciones inherentes de las especies biológicas, expandirse y generar la posibilidad de creación direccional de nuevos organismos, que es la característica más importante de la ingeniería genética.
Desde la llegada de la ingeniería genética, han ido surgiendo uno tras otro varios nombres relacionados. Existen ingeniería genética, ingeniería genética, manipulación genética, tecnología de ADN recombinante, clonación molecular, clonación de genes, etc. , que es común en la literatura. Los contenidos específicos representados por estos términos están relacionados entre sí y son fácilmente confundidos en muchas ocasiones y difíciles de distinguir estrictamente. Pero todavía existen algunas diferencias entre ellos.
Por ejemplo, la ingeniería genética es más amplia que la ingeniería genética e incluye todas las tecnologías que modifican artificialmente la genética de los organismos, como la mutagénesis física y química, la fusión celular, el cultivo de polen, la reproducción convencional, la hibridación sexual, etc. , también incluye la ingeniería genética. Por tanto, la ingeniería genética incluye la ingeniería genética, pero no es igual a la ingeniería genética.
Otro ejemplo es la tecnología del ADN recombinante, que es el contenido central de la ingeniería genética. Pero estrictamente hablando, la ingeniería genética debe incluir la mutación del ADN in vitro, la manipulación genética in vivo y la síntesis química de genes. En resumen, cualquier tecnología que cambie la heredabilidad de los organismos operando a nivel genético pertenece a la ingeniería genética. Y la tecnología del ADN recombinante no significa ingeniería genética.
En cuanto a la bioingeniería, es una tecnología de ingeniería que transforma organismos a mayor escala y produce productos biológicos. Es el término general para todas las técnicas de ingeniería en biología moderna. Además de la ingeniería genética y la ingeniería genética, también existen la ingeniería enzimática, la ingeniería celular, la ingeniería de fermentación y la ingeniería agrícola.
La palabra clon necesita alguna explicación.
Cuando se usa como sustantivo, se refiere a la descendencia de un antepasado a través de la reproducción asexual, o a un grupo especial de vida compuesto por moléculas de ADN, células o individuos con los mismos rasgos genéticos.
Cuando se usa como verbo, clonación se refiere al proceso de producir el mismo grupo de moléculas de ADN o células del mismo ancestro.
Por lo tanto, la ingeniería genética también puede denominarse clonación de genes o clonación molecular de ADN.
2. El contenido de la investigación en ingeniería genética incluye los siguientes contenidos o pasos principales.
Aislar (1) fragmentos de ADN que contienen genes diana procedentes de genomas biológicos complejos.
(2) In vitro, el fragmento de ADN con el gen diana se conecta a la molécula vector autorreplicante con el marcador de selección para formar una molécula de ADN recombinante.
(3) Introducir moléculas de ADN recombinante en las células receptoras (también llamadas células huésped o células huésped).
(4) Ampliar las células con el recombinante para obtener un gran número de grupos de proliferación celular (colonias).
(5) Cribar clones celulares con moléculas de ADN recombinante procedentes de un gran número de colonias de propagación celular.
(6) Estudiar y analizar más a fondo el gen objetivo del clon celular seleccionado.
(7) Clonar el gen objetivo en un vector de expresión e introducirlo en la célula huésped para lograrlo; un nuevo trasfondo genético Expresión funcional a continuación, que produce sustancias necesarias para los humanos.