Transgeneza

Transgeneza je proces unošenja stranih gena – zvanih transgeni – u živi organizam, tako da on ispoljava nova svojstva i prenosi ih na potomstvo. Transgeneza može biti olakšana liposomima, enzimaima, plazmid nim i virusnim vektor ima, pronukleusnim ubrizgavanjem, fuzijom protoplasta i balističkimubrizgavanjem DNK. Može se desiti i u prirodnim procesima.^{[1][2][3][4][5]}

Transgeni organizmi su sposobni da ispoljavaju funkciju stranog gena zato što je genetički kod sličan za sve organizme. To znači da će kod određene sekvence DNK za iste proteine jednak u svim organizmima. Zbog sličnosti u nizu proteina, naučnici mogu sjeći DNK na ovim zajedničkim proteinskim tačkama i dodati drugi gen. Primjer za to su "super miševi" iz 1980-ih. Ovi miševi su bili u stanju proizvesti ljudski protein tPA za liječenje krvnih ugrušaka.

Upotreba bakterijskih plazmida

Najčešći pravac transgenih istraživanja vrši se na bakterijama i virusima koji su u stanju da repliciraju stranu DNK. Plazmidna DNK se siječe pomoću restrikcijskih enzima, dok se DNK također kopira sa istim restrikcijskim enzimom, proizvodeći komplementarne ljepljive krajeve. Ovo omogućava stranoj DNK da hibridizaciju s plazmidnom DNK i biva zalijepljen pomoću DNK ligaznog enzima, stvarajući genetički kod koji se normalno ne nalazi u prirodi. Izmijenjena DNK se umeće u plazmid za replikaciju.

Tehnologija transfera gena

Mikroinjektiranje DNK

Željeni genski konstrukt se ubrizgava u pronukleus reprodukcijskih ćelija, pomoću staklene igle promjera oko 0,5 i 5 mikrometara. Manipulirane ćelije u kulturama in vitro se razviju do određene embrionske faze, a potom se prebacuju u ženskog primatelja. Mikroinektiranje DNK nema visoke stope uspjeha (oko 2% svih ubrizgavanja), čak i ako je nova DNK ugrađen u genom, ako nije prihvaćena u klicinoj liniji (reproduktivnih ćelija) nove osobine se neće pojaviti u njihovih potomaka. Ako se DNK ubrizgava u više lokacija, rastu i šanse za ekspresiju.

Genski transfer putem retrovirusa

Retrovirus je virus koji nosi svoj genetički materijal u obliku RNK, a ne DNK. Retrovirusi se koriste kao vektori za prijenos genetičkog materijala u ćelije domaćina. Rezultat je himera, organizam koji se sastoji od tkiva ili dijelova različitih genetičkih okvira. Himere su ukrštane u srodstvu u čak 20 generacija do rađanja homozigotnog genetičkog potomstva.

Integracija pomoću restrikcijskih enzima

Integracija posredovom restrikcijskih enzima (REMI) je tehnika za integraciju DNK (lineariziranih plazmida) u genomskim mjestima koja su generirana istim restrikcijskim enzimima koji se koriste za DNK linearizaciju. Integracija plazmida javlja se na odgovarajućim lokacijama u genomu, često regeneracijom mjesta prepoznavanja od strane istog restrikcijskog enzima koji se koriste za lineariraciju plazmida.

Transgeneza matičnih ćelija

Transgeneza multipotentnih matičnih ćelija

Nultipotentne matične ćelije mogu se diferencirati samo u ograničenom broju terapijski upotrebljivih tipova, iako su njihova sigurnost i relativni nedostatak složenosti u velikoj većini dovweli do sadašnjih personalizovanih ćelijskih terapija, uključujući multipotentne matične ćelije (obično mezenhimske matične ćelije iz masnog tkiva).^[6]

Transgeneza pluripotentnih matičnih ćelija

Transgeni vektori mogu biti nasumično usmjereni na određenu genomsku lokaciju. Naučnici su obavili istraživanje, tehnološki razvoj pruža alate koji su potrebni da omoguće sigurnu i efikasnu transgenezu pluripotentnih matičnih ćelija (PSC).^{[7][8][9][10][11][12][13][14]}

Transgeneza totipotentnih matičnih ćelija

Manipulirani genski konstrukt može se umetnuti u totipotentne matične ćelije, koje se mogu razviti u bilo koje specijalizirane ćelije. Ćelije koje sadrže željenu sekvencu DNK se uključuju u embrion domaćina, što je rezultira u pojavi himerne životinje. Za razliku od druga dva načina za ubrizgavanje, koji zahtijevaju testiranje transgenih potomaka uživo, transfer embrionskih ćelija može biti testiran u fazi ćelije.

Primjena

Farmerstvo

Glavni članak: Farmerstvo (genetika)

Farmerstvo, kovanica za "farma" i "farmaceutsko", odnosi se na upotrebu genetičkog inženjerstva za ugradnju gena, koda se farmaceutski proizvodi dobijaju u domaćina životinjama ili biljakama koje inače ne ispoljavaju poželjne gene. Farmerstvo je steklo primjenu u biotehnologiji od razvoja transgenih "super miševa" u 1982. "Super miševi" su genetički promijenjeni za proizvodnju ljudskog lijeka, tPA (aktivator tkivnog plazminogena za liječenje krvnih ugrušaka), 1987. godine. Od tada, farmerstvo "super miševa" imalo je dug put. Pomoću interferencije RNK, naučnici su proizveli kravu čije mlijeko sadrži povećane količine kazeina, proteina koji se koristi kako bi sir i druga hrana, bili gotovo bez beta-laktoglobulina, proteinske komponente u mliječnoj sirutki koja izaziva alergije.

Primjeri farmerstva:^[15]

• Hemoglobin kao kao zamjenska krv;
• Ljudski protein C anticoagulans
• Alfa-1 antitripsin (AAT) za tretnan nedostataka AAT;
• Insulin za tretman dijabetesa;
• Vakcine (antigeni);
• Hormon rasta za tretman nedostataka;
• Faktor VIII zgrušavanja krvi;
• Faktor IX zgrušavanja krvi;
• Fibrinogenski faktor zgrušavanja krvi;
• Laktoferin, kao aditiv za formule hrane za bebe;^[4]

Medicinske implikacije

Transgeneza se može koristiti za neutralizaciju gena koji bi inače spriječiti ksenotransplataciju. Naprimjer, protein koji se nalazi u svinja može izazvati daeljudi odbace svoje transplantirani organe. Ovaj protein se može zamijeniti sličnim iz ljudskog genoma za sprečavanje odbacivanja.^[16]

Etička pitanja

Transgeneza je otvorila određena etička pitanja. Primjeri uključuju prava životinja koje su intelektualno poboljšane, pravne posljedice i moguće zdravstvene rizike.^[17]

Dijagram

Dijagram poređenja genetičkih promjena koje se postižu konvencijskim uzgojem biljaka, transgenezom i cisgenezom

Napomena: Novi genotipovi koji su kreirani tehnologijom transgeneze također zahtijevaju više unazadnih ukrštanja. Osim toga, povratna ukrštanja ne čine većinu vremena koje je potrebno za stvaranje, testiranje na terenu i puštanje u promet / komercijalizaciju nove sorte.

Također pogledajte

• Transdukcija
• Transfekcija