|
'''Kejuruteraan genetik''' adalah istilah yang digunakan kepada pengubahsuaian [[genetik]] sesuatu [[organisma]]. Kejuteraan genetik juga dikenali sebagai teknologi '''DNA rekombinan''' kerana [[gen]] yang terdiri daripada urutan [[DNA]] tertentu diasingkan dan digabung semula dengan DNA organisma lain. Teknologi ini membolehkan manusia memindahkan sesuatu maklumat genetik yang berguna daripada sesuatu spesis organisma kepada spesis organisma lain. Perkara ini tidak dapat dilakukan dengan teknik pembiakan biasa.
Kejuruteraan genetik , juga dikenali sebagai pengubahsuaian genetik atau manipulasi genetik , adalah manipulasi langsung gen gen organisma yang menggunakan bioteknologi . Ini adalah satu set teknologi yang digunakan untuk mengubah solek genetik sel, termasuk pemindahan gen di dalam dan di seluruh sempadan spesies untuk menghasilkan organisme yang lebih baik atau baru . DNA baru diperoleh dengan mengasingkan dan menyalin bahan genetik yang menarik menggunakan kaedah DNA rekombinan atau dengan sintesis buatan DNA. A membinabiasanya dicipta dan digunakan untuk memasukkan DNA ini ke dalam organisma tuan rumah. Molekul DNA rekombinan pertama dibuat oleh Paul Berg pada tahun 1972 dengan menggabungkan DNA dari virus SV40 monyet dengan virus lambda . Selain memasukkan gen , proses itu boleh digunakan untuk menghapuskan, atau " mengetuk keluar ", gen. DNA baru boleh dimasukkan secara rawak, atau disasarkan kepada sebahagian genom tertentu .
Kejuteraan genetik berbeza daripada pembiakan tradisional di mana gen organisma diubah secara tidak langsung. Kejuteraan genetik menggunakan teknik pengklonan dan pengubahsuaian molekular untuk mengubah struktur dan ciri gen secara langsung. Kejuteraan genetik telah berjaya dalam beberapa kegunaan termasuk dalam meningkatkan teknologi tanaman, pembuatan insulin manusia tiruan dan pengeluaran tikus makmal bagi penyelidikan [[kanser]].
Organisma yang dihasilkan melalui kejuruteraan genetik dianggap diubah suai secara genetik (GM) dan entiti yang terhasil adalah organisma diubahsuai secara genetik (GMO). GMO pertama adalah bakteria yang dihasilkan oleh Herbert Boyer dan Stanley Cohen pada tahun 1973. Rudolf Jaenisch mencipta haiwan GM yang pertama apabila memasukkan DNA asing menjadi tikus pada tahun 1974. Syarikat pertama yang memberi tumpuan kepada kejuruteraan genetik, Genentech, ditubuhkan pada tahun 1976 dan memulakan pengeluaran protein manusia. Insulin manusia kejuruteraan genetik dihasilkan pada tahun 1978 dan bakteria penghasil insulin telah dikomersialkan pada tahun 1982. Makanan yang diubah secara genetiktelah dijual sejak tahun 1994, dengan pengeluaran tomato Flavr Savr . Flavr Savr telah direkayasa untuk memiliki jangka hayat yang lebih lama, tetapi tanaman GM yang terkini diubahsuai untuk meningkatkan daya tahan terhadap serangga dan herbisida. GloFish , GMO pertama yang direka sebagai haiwan kesayangan, dijual di Amerika Syarikat pada bulan Disember 2003. Pada 2016 salmon diubah suai dengan hormon pertumbuhan dijual.
== Lihat juga ==
Kejuruteraan genetik telah diterapkan dalam pelbagai bidang termasuk penyelidikan, perubatan, bioteknologi industri dan pertanian. Dalam penyelidikan GMOs digunakan untuk mengkaji fungsi dan ekspresi gen melalui kehilangan fungsi, mendapatkan fungsi, pengesanan dan ekspresi eksperimen. Dengan mengetuk gen yang bertanggungjawab terhadap keadaan tertentu, mungkin membuat organisma model haiwan penyakit manusia. Selain menghasilkan hormon, vaksin dan lain-lain kejuruteraan genetik mempunyai potensi untuk menyembuhkan penyakit genetik melalui terapi gen . Teknik yang sama yang digunakan untuk menghasilkan ubat-ubatan juga boleh mempunyai aplikasi perindustrian seperti menghasilkan enzim untuk pencuci pakaian, keju dan produk lain.
*[[Organisma terubah suai secara genetik]]
[[Kategori:Kejuruteraan biologi]]
Kebangkitan tanaman yang diubah suai secara genetik telah memberi manfaat ekonomi kepada para petani di banyak negara yang berbeza, tetapi juga menjadi sumber kebanyakan kontroversi yang mengelilingi teknologi. Ini telah wujud sejak penggunaan awalnya, ujian lapangan pertama telah dimusnahkan oleh aktivis anti-GM. Walaupun terdapat konsensus saintifik bahawa makanan sedia ada yang diperolehi dari tanaman GM tidak menimbulkan risiko yang lebih besar kepada kesihatan manusia daripada makanan konvensional, keselamatan makanan GM adalah keprihatinan utama dengan pengkritik. Aliran gen , memberi kesan kepada organisma bukan sasaran, kawalan bekalan makanan dan harta intelektualHak juga telah dibangkitkan sebagai isu yang berpotensi. Kebimbangan ini telah membawa kepada pembangunan rangka kerja pengawalseliaan, yang bermula pada tahun 1975. Ia telah membawa kepada perjanjian antarabangsa, Protokol Cartagena pada Biokeselamatan , yang telah diterima pakai pada tahun 2000. Negara-negara individu telah membangunkan sistem peraturan mereka sendiri mengenai GM, dengan Perbezaan yang paling ketara berlaku antara Amerika Syarikat dan Eropah.
[[Kategori:Bioteknologi]]
[[Kategori:Kejuruteraan genetik| ]]
Kandungan
[[Kategori:Biologi molekular]]
1 Gambaran Keseluruhan
[[Kategori:Teknologi masa depan dekat]]
2 Sejarah
[[Kategori:Disiplin kejuruteraan|Genetik]]
3 Proses
3.1 Pengasingan dan kloning gen
3.2 Memasukkan DNA ke dalam genom tuan rumah
4 Aplikasi
4.1 Perubatan
4.2 Penyelidikan
4.3 Perindustrian
4.4 Pertanian
4.5 aplikasi lain
5 Peraturan
6 Kontroversi
7 Lihat juga
8 Rujukan
9 Bacaan lanjut
10 pautan luar
Gambaran keseluruhan
Perbandingan pembiakan tumbuhan konvensional dengan pengubahsuaian genetik transgenik dan cisgenik
Kejuruteraan genetik adalah proses yang mengubah genetik susunan organisma dengan sama ada mengeluarkan atau memperkenalkan DNA . Tidak seperti pembiakan haiwan dan tumbuhan secara tradisi , yang melibatkan melakukan pelbagai salib dan kemudian memilih untuk organisma dengan fenotip yang diinginkan , kejuruteraan genetik mengambil gen secara langsung dari satu organisma dan memasukkannya ke dalam yang lain. Ini lebih cepat, boleh digunakan untuk memasukkan sebarang gen dari mana-mana organisma (malah dari domain yang berbeza ) dan menghalang gen lain yang tidak diingini daripada juga ditambah. [1]
Kejuruteraan genetik berpotensi membetulkan gangguan genetik yang teruk pada manusia dengan menggantikan gen yang cacat dengan berfungsi. [2] Ia merupakan alat penting dalam penyelidikan yang membolehkan fungsi gen spesifik dikaji. [3] Dadah, vaksin dan produk lain telah dituai daripada organisma yang direka bentuk untuk menghasilkannya. [4] Tanaman telah dibangunkan yang membantu keselamatan makanan dengan meningkatkan hasil, nilai pemakanan dan toleransi terhadap tekanan alam sekitar. [5]
DNA boleh diperkenalkan secara langsung ke dalam organisma tuan rumah atau ke dalam sel yang kemudian bersatu atau hibrid dengan tuan rumah. [6] Ini bergantung kepada asid nukleik rekombinan teknik untuk membentuk kombinasi baru bahan genetik diwarisi diikuti oleh penubuhan bahan yang sama ada secara tidak langsung melalui vektor sistem atau secara langsung melalui mikro-suntikan , makro-suntikan atau mikro-encapsulation . [7]
Kejuruteraan genetik biasanya tidak termasuk pembiakan tradisional, persenyawaan in vitro , induksi poliploid , mutagenesis dan teknik gabungan sel yang tidak menggunakan asid nukleik rekombinan atau organisma diubahsuai secara genetik dalam proses. [6] Walau bagaimanapun, beberapa definisi kejuruteraan genetik termasuk pembiakan selektif . [7] Penyelidikan kloning dan sel stem , walaupun tidak dianggap sebagai kejuruteraan genetik, [8] adalah berkaitan erat dan kejuruteraan genetik boleh digunakan di dalamnya. [9] Biologi sintetikadalah satu disiplin yang muncul yang mengambil kejuruteraan genetik satu langkah lebih jauh dengan memperkenalkan bahan sintetik buatan ke dalam suatu organisma. [10]
Tumbuh-tumbuhan, haiwan atau organisma mikro yang telah diubah melalui kejuruteraan genetik dipanggil organisma diubahsuai secara genetik atau GMOs. [11] Jika bahan genetik dari spesies lain ditambah kepada tuan rumah, organisma yang dihasilkan disebut transgenik . Sekiranya bahan genetik dari spesies yang sama atau spesies yang secara semulajadi boleh membiak dengan tuan rumah, digunakan organisma yang dihasilkan dipanggil cisgenic . [12] Jika kejuruteraan genetik digunakan untuk menghilangkan bahan genetik dari organisma sasaran, organisma yang dihasilkan disebut organisma kalah mati . [13] Pengubahsuaian genetik Eropah adalah sinonimdengan kejuruteraan genetik sementara di dalam Amerika Syarikat dan pengubahsuaian genetik Kanada juga boleh digunakan untuk merujuk kepada kaedah pembiakan yang lebih konvensional. [14] [15] [16]
Kesatuan Antarabangsa Kimia Tulen dan Gunaan takrif kejuruteraan genetik
Proses memasukkan maklumat genetik baru ke dalam sel yang sedia ada untuk mengubah suai organisma tertentu untuk tujuan mengubah ciri-cirinya. Nota : Diadaptasi daripada ref. [17] [18]
Sejarah
Artikel utama: Sejarah kejuruteraan genetik
Manusia telah mengubah genom spesies untuk beribu-ribu tahun melalui pembiakan terpilih , atau pemilihan buatan [19] : 1 [20] : 1 seperti yang berlawanan dengan pilihan semula jadi , dan lebih baru-baru ini melalui mutagenesis . Kejuruteraan genetik sebagai manipulasi langsung DNA oleh manusia di luar pembiakan dan mutasi hanya wujud sejak 1970-an. Istilah "kejuruteraan genetik" pertama kali dicipta oleh Jack Williamson dalam novel fiksyen sainsnya Dragon Island , yang diterbitkan pada tahun 1951 [1] - satu tahun sebelum peranan DNA dalam keturunan telah disahkan olehAlfred Hershey dan Martha Chase , [22] dan dua tahun sebelum James Watson dan Francis Crick menunjukkan bahawa DNA molekul mempunyai struktur double-helix - walaupun konsep umum manipulasi genetik langsung telah diterokai dalam bentuk asas dalam Stanley G. Weinbaum 's 1936 cerita fiksyen sains Proteus Island . [23] [24]
Pada tahun 1974 Rudolf Jaenisch mencipta tetikus yang diubahsuai secara genetik , haiwan GM pertama.
Pada tahun 1972, Paul Berg mencipta molekul DNA rekombinan pertama dengan menggabungkan DNA dari SV40 virus monyet dengan virus lambda . [25] Pada tahun 1973 Herbert Boyer dan Stanley Cohen dicipta pertama organisma transgenik dengan memasukkan gen rintangan antibiotik ke dalam plasmid daripada Escherichia coli bakteria. [26] [27] Setahun kemudian Rudolf Jaenisch mencipta tikus transgenik dengan memperkenalkan DNA asing ke embrionya, menjadikannya dunia pertamahaiwan transgenik . [28] Pencapaian ini membawa kepada kebimbangan dalam komuniti saintifik mengenai potensi risiko dari kejuruteraan genetik, yang pertama kali dibincangkan secara mendalam pada Persidangan Asilomar pada tahun 1975. Salah satu cadangan utama dari pertemuan ini adalah bahawa penyeliaan penyelidikan DNA rekombinan harus ditubuhkan sehingga teknologi dianggap selamat. [29] [30]
Pada tahun 1976 , Genentech , syarikat kejuruteraan genetik pertama, diasaskan oleh Herbert Boyer dan Robert Swanson dan setahun kemudian syarikat menghasilkan protein manusia ( somatostatin ) di E.coli . Genentech mengumumkan pengeluaran manusia genetik insulin pada tahun 1978. [31] Pada tahun 1980, Mahkamah Agung Amerika Syarikat di Diamond v. Chakrabarty kes memutuskan bahawa kehidupan yang diubah secara genetik boleh dipatenkan. [32] The insulin yang dihasilkan oleh bakteria telah diluluskan untuk diterbitkan oleh Pentadbiran Makanan dan Ubat-Ubatan (FDA) pada tahun 1982. [33]
Pada tahun 1983, sebuah syarikat bioteknologi, Sains Genetik Lanjutan (AGS) memohon kebenaran kerajaan AS untuk melaksanakan ujian lapangan dengan ketegangan ais-tolak daripada Pseudomonas syringae untuk melindungi tanaman daripada fros, tetapi kumpulan alam sekitar dan penunjuk perasaan ditangguhkan ujian lapangan selama empat tahun dengan cabaran undang-undang. [34] Pada tahun 1987, ketegangan es-minus P. syringae menjadi organisma diubah suai genetik pertama (GMO) yang akan dikeluarkan ke alam sekitar [35] apabila ladang strawberi dan ladang kentang di California disembur dengannya. [36]Kedua-dua bidang ujian telah diserang oleh kumpulan aktivis pada malam sebelum ujian telah dilakukan: "Laman percubaan pertama di dunia menarik penangkap medan pertama di dunia". [35]
Ujian lapangan pertama tumbuhan kejuruteraan genetik berlaku di Perancis dan Amerika Syarikat pada tahun 1986, tumbuhan tembakau telah direka bentuk untuk tahan herbisida . [37] Republik Rakyat China adalah negara pertama yang mengkomersialkan tumbuhan transgenik, memperkenalkan tembakau tahan virus pada tahun 1992. [38] Pada tahun 1994 Calgene telah mendapat persetujuan untuk melepaskan makanan yang diubahsuai secara genetik pertama , Flavr Savr , sebuah kejuruteraan tomato untuk mempunyai jangka hayat yang lebih lama. [39] Pada tahun 1994, Kesatuan Eropah meluluskan tembakau yang direka bentuk untuk tahan terhadap bromoksynil herbisida, menjadikannya tanaman kejuruteraan genetik pertama yang dikomersialkan di Eropah. [40] Pada tahun 1995, Bt Potato telah diluluskan selamat oleh Agensi Perlindungan Alam Sekitar , setelah diluluskan oleh FDA, menjadikannya tanaman hasil penghasilan racun perosak pertama yang akan diluluskan di Amerika Syarikat. [41] Pada tahun 2009 11 tanaman transgenik ditanam secara komersil di 25 buah negara, yang terbesar di mana kawasan yang tumbuh adalah Amerika Syarikat, Brazil, Argentina, India, Kanada, China, Paraguay dan Afrika Selatan. [42]
Pada tahun 2010, saintis di Institut J. Craig Venter mencipta genom sintetik pertama dan dimasukkan ke dalam sel bakteria kosong. Bakteria yang dihasilkan, yang dinamakan laboratorium Mycoplasma , boleh meniru dan menghasilkan protein. [43] [44] Empat tahun kemudian, ini telah diambil satu langkah lagi apabila bakteria telah dibangunkan yang mereplikasi plasmid yang mengandungi pasangan asas yang unik , mewujudkan organisma pertama yang direka bentuk untuk menggunakan abjad genetik yang diperluaskan. [45] [46] Pada tahun 2012, Jennifer Doudna dan Emmanuelle Charpentier bekerjasama untuk membangunkan CRISPR / Cas9sistem, [47] [48] teknik yang boleh digunakan untuk dengan mudah dan secara khusus mengubah genom hampir mana-mana organisma. [49]
Proses
Artikel utama: Teknik kejuruteraan genetik
Reaksi rantai polimerase adalah alat yang berkuasa digunakan dalam pengklonan molekul
Mewujudkan GMO adalah proses pelbagai langkah. Jurutera genetik mesti memilih gen yang ingin mereka masukkan ke dalam organisma. Ini didorong oleh apa tujuannya untuk organisma yang dihasilkan dan dibina pada kajian terdahulu. Skrin genetik boleh dijalankan untuk menentukan gen yang berpotensi dan ujian selanjutnya yang digunakan untuk mengenal pasti calon terbaik. Perkembangan microarrays , transcriptomes dan genom sequencing telah menjadikannya lebih mudah untuk mencari gen yang sesuai. [50] Keberanian juga memainkan peranannya; gen siap sedia telah ditemui selepas saintis menyedari bakterium berkembang maju di hadapan herbisida. [51]
Pengasingan dan pengklonan gen
Artikel utama: Pengklonan molekul
Langkah seterusnya adalah untuk mengasingkan gen calon. The sel yang mengandungi gen dibuka dan DNA dimurnikan. [52] Gen dipisahkan dengan menggunakan enzim sekatan untuk memotong DNA menjadi serpihan [53] atau tindak balas rantai polimer (PCR) untuk menguatkan segmen gen. [54] Segmen ini boleh diekstrak melalui elektroforesis gel . Sekiranya gen yang dipilih atau genom organisma penderma telah dikaji dengan baik, ia mungkin sudah dapat diakses dari perpustakaan genetik . Jika urutan DNA diketahui, tetapi tiada salinan gen tersedia, ia juga boleh disintesis secara buatan. [55] Setelah mengasingkan gen tersebut disambungkan ke plasmid yang kemudian dimasukkan ke dalam bakterium. Plasmid direplikasi apabila bakteria membahagikan, memastikan salinan gen tidak terhad. [56]
Sebelum gen dimasukkan ke dalam organisma sasaran, ia mesti digabungkan dengan unsur genetik lain. Ini termasuk wilayah promoter dan terminator , yang memulakan dan menamatkan transkripsi . Satu gen penanda yang dipilih ditambah, yang dalam kebanyakan kes membekalkan rintangan antibiotik , jadi penyelidik dengan mudah dapat menentukan sel-sel yang telah berjaya diubah. Gen ini juga boleh diubah suai pada tahap ini untuk ungkapan atau keberkesanan yang lebih baik. Manipulasi ini dilakukan menggunakan teknik DNA rekombinan , seperti penghadaman pembatasan , ligasi dan kloning molekul. [57]
Memasukkan DNA ke dalam genom tuan rumah
Lihat juga: Transformasi (genetik) , Transfection , dan Transduction (genetik)
Pistol gen menggunakan biolistik untuk memasukkan DNA ke dalam tisu tumbuhan
Terdapat beberapa teknik yang tersedia untuk memasukkan gen ke dalam genom tuan rumah. Sesetengah bakteria secara semula jadi boleh mengambil DNA asing . Keupayaan ini dapat diinduksi dalam bakteria lain melalui tekanan (misalnya kejutan haba atau elektrik), yang meningkatkan ketelapan membran sel ke DNA; DNA yang diambil boleh sama ada menggabungkan dengan genom atau wujud sebagai DNA extrachromosomal . DNA biasanya dimasukkan ke dalam sel-sel haiwan menggunakan microinjection , di mana ia boleh disuntik melalui sampul nukleus sel secara langsung ke dalam nukleus , atau melalui penggunaan vektor virus . [58]
Dalam tumbuhan DNA sering dimasukkan menggunakan penggabungan semula Agrobacterium- mediated , [59] mengambil keuntungan dari urutan T-DNA Agrobacterium s yang membolehkan penyisipan semula jadi bahan genetik ke dalam sel tumbuhan. [60] Kaedah-kaedah lain termasuk biolistics , di mana zarah emas atau tungsten disalut dengan DNA dan kemudian ditembak ke dalam sel-sel tumbuhan muda, [61] dan electroporation , yang melibatkan menggunakan kejutan elektrik untuk membuat membran sel telap kepada plasmid DNA. Kerana kerosakan yang disebabkan oleh sel-sel dan DNA, kecekapan transformasi biolistik dan elektroporasi lebih rendah daripada transformasi agrobacterial dan mikrojeksi.[62]
Oleh kerana hanya satu sel yang diubah dengan bahan genetik, organisma mesti diperbaharui dari sel tunggal itu. Dalam tumbuhan ini dilakukan melalui penggunaan tisu c tani . [63] [64] Pada haiwan perlu untuk memastikan bahawa DNA yang dimasukkan ada di sel stem embrionik . [65] Bakteria terdiri daripada satu sel tunggal dan mengeluarkan semula secara klonon supaya pertumbuhan semula tidak diperlukan. Penanda yang dipilih digunakan untuk membezakan dengan mudah daripada sel yang tidak diubah. Penanda ini biasanya terdapat dalam organisma transgenik, walaupun beberapa strategi telah dibangunkan yang dapat menghapus penanda yang dipilih dari tumbuhan transgenik yang matang.[66]
A. tumefaciens melampirkan dirinya ke sel lobak merah
Ujian lanjut menggunakan PCR, hibridisasi Selatan , dan penjujukan DNA dijalankan untuk mengesahkan bahawa organisma mengandungi gen baru. [67] Ujian ini juga boleh mengesahkan lokasi kromosom dan menyalin nombor gen yang dimasukkan. Kehadiran gen tidak menjamin ia akan dinyatakan pada tahap yang sesuai dalam tisu sasaran sehingga kaedah yang mencari dan mengukur produk gen (RNA dan protein) juga digunakan. Ini termasuk hibridisasi utara , RT-PCR kuantitatif , blot Barat , immunofluorescence , ELISA dan analisis fenotip. [68]
Bahan genetik baru boleh dimasukkan secara rawak dalam genom tuan rumah atau disasarkan ke lokasi tertentu. Teknik penargetan gen menggunakan penggabungan homolog untuk membuat perubahan yang diingini pada gen endogen tertentu . Ini cenderung berlaku pada frekuensi yang agak rendah di tumbuh-tumbuhan dan haiwan dan pada umumnya memerlukan penggunaan penanda yang boleh dipilih . Kekerapan penargetan gen boleh dipertingkatkan melalui pengeditan genom . Pengeditan genom menggunakan nukleas yang dihasilkan secara buatan yang mencipta pecahan dua strand spesifik di lokasi yang dikehendaki dalam genom, dan menggunakan mekanisme endogenous sel untuk memperbaiki rehat yang diinduksi oleh proses semulajadipenggabungan semula homolog dan penyambungan akhir tanpa nama . Terdapat empat keluarga nukleas kejuruteraan: meganucleases , [69] [70] nukleus jari zink , [71] [72] nukleas efektor seperti penggerak transkripsi (TALENs), [73] [74] dan sistem Cas9-guideRNA (disesuaikan dari CRISPR). [75] [76] TALEN dan CRISPR adalah dua yang paling biasa digunakan dan masing-masing mempunyai kelebihan tersendiri. [77] TALEN mempunyai sasaran khusus yang lebih besar, manakala CRISPR lebih mudah untuk mereka bentuk dan lebih cekap. [77]Selain meningkatkan penargetan gen, nukleas rekayasa boleh digunakan untuk memperkenalkan mutasi pada gen endogen yang menghasilkan knockout gen . [78] [79]
Aplikasi
Kejuruteraan genetik mempunyai aplikasi dalam bidang perubatan, penyelidikan, industri dan pertanian dan boleh digunakan untuk pelbagai tumbuhan, haiwan dan organisma mikro. Bakteria , organisma pertama yang diubahsuai secara genetik, boleh mengandungi DNA plasmid yang mengandungi gen baru yang memberi kod ubat atau enzim yang memproses makanan dan substrat lain . [80] [81] Tumbuhan telah diubah suai untuk perlindungan serangga, rintangan herbisida, rintangan virus, pemakanan yang bertambah, toleransi kepada tekanan alam sekitar dan pengeluaran vaksin yang boleh dimakan. [82] Kebanyakan GMO dikomersialkan adalah tumbuh-tumbuhan tanaman yang tahan terhadap racun atau racun herba. [83]Haiwan yang diubahsuai secara genetik telah digunakan untuk penyelidikan, haiwan model dan pengeluaran produk pertanian atau farmaseutikal. Haiwan yang diubah suai secara genetik termasuk haiwan dengan gen yang tersingkir , peningkatan kerentanan terhadap penyakit , hormon untuk pertumbuhan tambahan dan keupayaan untuk mengekspresikan protein dalam susu mereka. [84]
Perubatan
Kejuruteraan genetik mempunyai banyak aplikasi untuk ubat-ubatan yang termasuk pembuatan dadah, penciptaan hewan model yang meniru keadaan manusia dan terapi gen . Salah satu kegunaan kejuruteraan genetik yang paling awal adalah menghasilkan insulin manusia dalam bakteria. [31] Aplikasi ini kini telah digunakan untuk, hormon pertumbuhan manusia, hormon menstabilkan folikel (untuk merawat kemandulan), albumin manusia , antibodi monoklonal , faktor antihemophil , vaksin dan banyak lagi ubat lain. [85] [86] Hibridoma tikus , sel-sel yang bersatu untuk menghasilkan antibodi monoklonal, telah disesuaikan dengan kejuruteraan genetik untuk menghasilkan antibodi monoklonal manusia. [87] Pada tahun 2017, kejuruteraan genetik reseptor antigen chimeric pada sel T sendiri pesakit telah diluluskan oleh FDA AS sebagai rawatan untuk leukemia limfoblastik akut kanser . Virus kejuruteraan genetik sedang dibangunkan yang masih boleh memberi imuniti, tetapi kekurangan urutan berjangkit . [88]
Kejuruteraan genetik juga digunakan untuk mencipta model haiwan bagi penyakit manusia. Tikus - tikus yang diubah suai secara genetik adalah model haiwan terhebat genetik yang paling biasa. [89] Mereka telah digunakan untuk mengkaji dan memodelkan kanser ( oncomouse ), obesiti, penyakit jantung, kencing manis, arthritis, penyalahgunaan bahan, kebimbangan, penuaan dan penyakit Parkinson. [90] Penyembuhan yang berpotensi boleh diuji terhadap model tetikus ini. Juga babi yang diubah suai secara genetik telah dibiakkan dengan tujuan untuk meningkatkan kejayaan babi kepada pemindahan organ manusia . [91]
Terapi gen adalah kejuruteraan genetik manusia , secara umumnya dengan menggantikan gen yang cacat dengan yang berkesan. Penyelidikan klinikal menggunakan terapi gen somatik telah dijalankan dengan beberapa penyakit, termasuk SCID berkaitan X , [92] leukemia limfositik kronik (CLL), [93] [94] dan penyakit Parkinson . [95] Pada tahun 2012, Alipogene tiparvovec menjadi rawatan terapi gen pertama yang diluluskan untuk kegunaan klinikal. [96] [97] Pada tahun 2015 virus telah digunakan untuk memasukkan gen yang sihat ke dalam sel-sel kulit seorang lelaki yang menderita penyakit kulit yang jarang berlaku,epidermolisis bullosa , untuk berkembang, dan kemudian mencampakkan kulit yang sihat ke 80 peratus daripada tubuh lelaki yang terjejas oleh penyakit itu. [98] Terapi gen germinal akan menyebabkan sebarang perubahan yang dapat diwarisi, yang telah menimbulkan kebimbangan dalam komuniti saintifik. [99] [100] Pada tahun 2015, CRISPR digunakan untuk mengedit DNA tidak berdaya maju embrio manusia , [101] [102] saintis terkemuka akademi utama dunia untuk memanggil satu larangan atas diwarisi suntingan genom manusia. [103]Terdapat juga keprihatinan bahawa teknologi itu boleh digunakan bukan hanya untuk rawatan, tetapi untuk peningkatan, pengubahsuaian atau perubahan penampilan, penyesuaian, kecerdasan, watak atau kelakuan manusia. [104] Pembezaan antara penawar dan penambahbaikan juga boleh menjadi sukar untuk ditubuhkan. [105]
Para penyelidik mengubah genom babi untuk mendorong pertumbuhan organ manusia untuk digunakan dalam pemindahan. Para saintis mencipta "pemacu gen", mengubah genom nyamuk untuk menjadikan mereka kebal terhadap malaria, dan kemudian menyebarkan nyamuk genetik yang diubah secara genetik di seluruh populasi nyamuk dengan harapan dapat menghapuskan penyakit ini. [106]
Penyelidikan
Tikus Knockout
Sel-sel manusia di mana beberapa protein dipadatkan dengan protein pendarfluor hijau untuk membolehkan mereka digambarkan
Kejuruteraan genetik merupakan alat penting untuk saintis semulajadi . Gen dan maklumat genetik lain dari pelbagai organisma boleh dimasukkan ke dalam bakteria untuk penyimpanan dan pengubahsuaian, mewujudkan bakteria yang diubah suai secara genetik dalam proses. Bakteria murah, mudah berkembang, clonal , berkembang biak dengan cepat, agak mudah untuk diubah dan boleh disimpan pada -80 ° C hampir tanpa had. Sebaik sahaja gen diasingkan, ia boleh disimpan di dalam bakteria yang menyediakan bekalan tanpa had untuk penyelidikan. [107]
Organisma adalah kejuruteraan genetik untuk mengetahui fungsi gen tertentu. Ini boleh memberi kesan kepada fenotip organisma, di mana gen dinyatakan atau apa gen lain yang ia berinteraksi dengan. Eksperimen ini biasanya melibatkan kehilangan fungsi, keuntungan fungsi, penjejakan dan ekspresi.
Kehilangan eksperimen fungsi , seperti dalam eksperimen knockout gen , di mana organisma direkayasa untuk kekurangan aktiviti satu atau lebih gen. Dalam kalah mati, satu salinan gen yang dikehendaki telah diubah untuk menjadikannya tidak berfungsi. Sel induk embrio menggabungkan gen yang diubah, yang menggantikan salinan fungsi yang sedia ada. Sel stem ini disuntik ke dalam blastocysts , yang ditanamkan ke ibu pengganti. Ini membolehkan penguji untuk menganalisis kecacatan yang disebabkan oleh mutasi ini dan dengan itu menentukan peranan gen tertentu. Ia digunakan terutamanya dalam biologi perkembangan . [108]Apabila ini dilakukan dengan mewujudkan perpustakaan gen dengan mutasi titik pada setiap kedudukan di kawasan yang menarik, atau bahkan setiap kedudukan dalam keseluruhan gen, ini disebut "scanning mutagenesis". Kaedah yang paling mudah, dan yang pertama akan digunakan, "alanine pengimbasan", di mana setiap kedudukan seterusnya bermutasi untuk tidak reaktif asid amino alanine . [109]
Keuntungan eksperimen fungsi , rakan sebaya logik daripada kalah mati. Ini kadang-kadang dilakukan bersama-sama dengan eksperimen kalah mati untuk lebih membina dengan lebih baik fungsi gen yang dikehendaki. Proses ini sama seperti yang dilakukan dalam kejuruteraan knockout, kecuali binaan itu direka untuk meningkatkan fungsi gen, biasanya dengan menyediakan salinan gen tambahan atau sintesis protein secara teratur. Keuntungan fungsi digunakan untuk memberitahu sama ada protein tidak mencukupi untuk fungsi, tetapi tidak selalu bermakna ia diperlukan, terutamanya apabila berurusan dengan redundansi genetik atau berfungsi. [108]
Penjejakan eksperimen , yang bertujuan untuk mendapatkan maklumat mengenai penyetempatan dan interaksi protein yang dikehendaki. Salah satu cara untuk melakukan ini ialah menggantikan gen jenis liar dengan gen 'fusion', yang merupakan penjujukan gen jenis liar dengan unsur pelapor seperti protein pendarfluor hijau (GFP) yang akan memudahkan visualisasi produk daripada pengubahsuaian genetik. Walaupun ini adalah teknik yang berguna, manipulasi dapat merosakkan fungsi gen, mewujudkan kesan sekunder dan mungkin menimbulkan persoalan hasil eksperimen. Teknik-teknik yang lebih canggih kini sedang dalam pembangunan yang dapat menjejaki produk protein tanpa mengurangkan fungsi mereka, seperti penambahan urutan kecil yang akan berfungsi sebagai motif yang mengikat kepada antibodi monoklonal. [108]
Kajian ekspresi bertujuan untuk mengetahui di mana dan ketika protein spesifik dihasilkan. Dalam eksperimen ini, urutan DNA sebelum DNA yang mengetepikan protein, yang dikenali sebagai promoter gen , diperkenalkan semula ke dalam organisma dengan wilayah pengekodan protein digantikan oleh gen reporter seperti GFP atau enzim yang mempelbagaikan pengeluaran pewarna . Oleh itu, masa dan tempat di mana protein tertentu dihasilkan dapat diperhatikan. Kajian ekspresi dapat diambil selangkah lagi dengan mengubah promoter untuk mencari bahagian mana yang penting untuk ekspresi gen yang tepat dan sebenarnya terikat dengan protein faktor transkripsi; proses ini dikenali sebagai bashing promoter . [110]
Perindustrian
Organisma boleh mempunyai sel-sel mereka berubah dengan pengekodan gen untuk protein yang berguna, seperti enzim, supaya mereka akan mengungkap semula protein yang dikehendaki. Kuantiti besar protein kemudiannya dapat dihasilkan dengan mengembangkan organisme yang berubah dalam peralatan bioreaktor menggunakan penapaian industri , dan kemudian memurnikan protein. [111] Sesetengah gen tidak berfungsi dengan baik dalam bakteria, jadi ragi, sel-sel serangga atau sel-sel mamalia juga boleh digunakan. [112] Teknik-teknik ini digunakan untuk menghasilkan ubat seperti insulin , hormon pertumbuhan manusia , dan vaksin , makanan tambahan seperti tryptophan, membantu dalam pengeluaran makanan ( chymosin dalam membuat keju) dan bahan api. [113] Aplikasi lain dengan bakteria kejuruteraan genetik boleh melibatkan membuat mereka melaksanakan tugas di luar siklus semula jadi, seperti membuat biofuel , [114] membersihkan tumpahan minyak, karbon dan lain-lain sisa toksik [115] dan mengesan arsenik dalam air minuman. [116] Beberapa mikrob yang diubahsuai secara genetik juga boleh digunakan dalam biomining dan bioremediasi , kerana kemampuannya untuk mengekstrak logam berat dari persekitarannya dan memasukkannya ke dalam sebatian yang mudah diperolehi semula. [117]
Dalam sains bahan , virus diubah suai secara genetik telah digunakan dalam makmal penyelidikan sebagai perancah untuk memasang bateri lithium-ion mesra alam . [118] [119] Bakteria juga telah direkayasa untuk berfungsi sebagai sensor dengan mengungkapkan protein pendarfluor di bawah keadaan persekitaran tertentu. [120]
Pertanian
Rencana utama: tanaman yang diubahsuai secara genetik dan makanan yang diubahsuai secara genetik
Bt-toksin yang terdapat dalam daun kacang (imej bawah) melindunginya daripada kerosakan yang banyak disebabkan oleh larva jagung Eropah (imej atas). [121]
Salah satu aplikasi kejuruteraan genetik yang paling terkenal dan kontroversial adalah penciptaan dan penggunaan tanaman yang diubahsuai secara genetik atau ternakan yang diubahsuai secara genetik untuk menghasilkan makanan yang diubah suai secara genetik . Tanaman telah dibangunkan untuk meningkatkan pengeluaran, meningkatkan toleransi terhadap tekanan abiotik , mengubah komposisi makanan, atau menghasilkan produk novel. [122]
Tanaman pertama yang dapat direalisasikan secara komersil secara besar-besaran menyediakan perlindungan daripada serangga perosak atau toleransi terhadap herbisida . Tanaman kulat dan tahan virus juga sedang dibangunkan atau sedang berkembang. [123] [124] Ini menjadikan pengurusan serangga dan rumpai tanaman mudah dan boleh secara tidak langsung meningkatkan hasil tanaman. [125] [126] Tanaman GM yang secara langsung meningkatkan hasil dengan mempercepat pertumbuhan atau membuat tumbuhan lebih kuat (dengan meningkatkan garam, toleransi sejuk atau kemarau) juga sedang dalam pembangunan. [127] Pada tahun 2016 Salmon telah diubah suai secara genetik dengan hormon pertumbuhan untuk mencapai saiz dewasa normal lebih cepat. [128]
GM telah dibangunkan yang mengubah suai kualiti hasil dengan meningkatkan nilai pemakanan atau menyediakan lebih banyak ciri atau kuantiti yang berguna dalam industri. [127] The Amflora kentang menghasilkan campuran yang lebih perindustrian berguna kanji. Kacang soya dan kanola telah diubahsuai secara genetik untuk menghasilkan minyak yang lebih sihat. [129] [130] Makanan GM yang pertama dikomersilkan adalah tomato yang telah menunda pematangan, meningkatkan hayatnya . [131]
Tumbuh-tumbuhan dan haiwan telah direkayasa untuk menghasilkan bahan-bahan yang tidak biasanya dibuat. Farming menggunakan tanaman dan haiwan sebagai bioreaktor untuk menghasilkan vaksin, perantaraan dadah, atau ubat itu sendiri; produk yang berguna disucikan dari penuaian dan kemudian digunakan dalam proses pengeluaran farmaseutikal yang standard. [132] Lembu dan kambing telah direkayasa untuk mengekspresikan dadah dan protein lain dalam susu mereka, dan pada tahun 2009 FDA meluluskan ubat yang dihasilkan dalam susu kambing. [133] [134]
Aplikasi lain
Kejuruteraan genetik mempunyai aplikasi yang berpotensi dalam pemuliharaan dan pengurusan kawasan semulajadi. Pemindahan gen melalui vektor virus telah dicadangkan sebagai cara mengawal spesies invasif serta mengosongkan haiwan yang terancam dari penyakit. [135] Pokok transgenik telah dicadangkan sebagai cara untuk memberi tentangan kepada patogen dalam populasi liar. [136] Dengan peningkatan risiko maladaptasi dalam organisma akibat perubahan iklim dan gangguan lain, memudahkan penyesuaian melalui tweaking gen boleh menjadi satu penyelesaian untuk mengurangkan risiko kepupusan. [137] Aplikasi kejuruteraan genetik dalam pemuliharaan adalah sebahagian besarnya secara teoritis dan masih belum dipraktikkan.
Kejuruteraan genetik juga digunakan untuk mencipta seni mikroba . [138] Sesetengah bakteria telah dihasilkan secara genetik untuk menghasilkan gambar hitam dan putih. [139] barangan Novelty seperti lavender berwarna warna badan , [140] mawar biru , [141] dan bercahaya ikan [142] [143] juga telah dihasilkan melalui kejuruteraan genetik.
Peraturan
Artikel utama: Peraturan kejuruteraan genetik
Peraturan kejuruteraan genetik menyangkut pendekatan yang diambil oleh kerajaan untuk menilai dan mengurus risiko yang berkaitan dengan perkembangan dan pembebasan GMOs. Pembangunan rangka kerja pengawalseliaan bermula pada tahun 1975, di Asilomar , California. [144] Mesyuarat Asilomar mencadangkan satu set garis panduan sukarela mengenai penggunaan teknologi rekombinan. [145] Memandangkan teknologi bertambah baik, Amerika Syarikat telah menubuhkan satu jawatankuasa di Pejabat Sains dan Teknologi , [146] yang memberikan persetujuan pengawalseliaan tanaman GM kepada USDA, FDA dan EPA. [147] The Protokol Cartagena pada Biokeselamatan, sebuah perjanjian antarabangsa yang mengawal pemindahan, pengendalian dan penggunaan GMO, [148] telah diterima pakai pada 29 Januari 2000. [149] Seratus lima puluh tujuh negara adalah ahli Protokol dan banyak menggunakannya sebagai titik rujukan untuk peraturan mereka sendiri. [150]
Status undang-undang dan pengawalseliaan makanan GM berbeza-beza mengikut negara, dengan sesetengah negara mengharamkan atau menyekat mereka, dan yang lain membenarkan mereka dengan derajat peraturan yang berlainan. [151] [152] [153] [154] Sesetengah negara membenarkan pengimportan makanan GM dengan kebenaran, tetapi sama ada tidak membenarkan penanamannya (Rusia, Norway, Israel) atau mempunyai peruntukan untuk penanaman, tetapi tiada produk GM yang dihasilkan (Jepun, Korea Selatan). Kebanyakan negara yang tidak membenarkan penanaman GMO membenarkan penyelidikan. [155] Beberapa perbezaan yang paling ketara berlaku di antara Amerika Syarikat dan Eropah. Dasar AS menumpukan pada produk (bukan prosesnya), hanya melihat risiko saintifik yang dapat diverifikasi dan menggunakan konsep kesetaraan substansial .[156] The Union Eropah sebaliknya berkemungkinan mempunyai peraturan-peraturan GMO yang paling ketat di dunia. [157] Semua GM, bersama-sama dengan makanan yang disinari , dianggap sebagai "makanan baru" dan tertakluk kepada penilaian makanan yang berasaskan sains, oleh kes-kes, oleh Pihak Berkuasa Keselamatan Makanan Eropah . Kriteria untuk kebenaran jatuh dalam empat kategori luas: "keselamatan," "kebebasan memilih," "pelabelan," dan "kebolehkesanan." [158] Tahap peraturan di negara lain yang menanam GM berada di antara Eropah dan Amerika Syarikat.
Agensi kawal selia oleh kawasan geografi
Wilayah Pengawal selia Nota
USA USDA , FDA dan EPA [147]
Eropah Pihak Berkuasa Keselamatan Makanan Eropah [158]
Kanada Kesihatan Kanada dan Badan Pemeriksa Makanan Kanada [159] [160] Berdasarkan sama ada produk mempunyai ciri-ciri baru tanpa mengira kaedah asal [161] [162]
Afrika Pasaran Biasa untuk Afrika Timur dan Selatan [163] Keputusan akhir terletak pada setiap negara. [163]
China Pejabat Pentadbiran Biokesihatan Kejuruteraan Genetik Pertanian [164]
India Jawatankuasa Biokeselamatan Institusi, Jawatankuasa Semakan mengenai Manipulasi Genetik dan Jawatankuasa Kelulusan Kejuruteraan Genetik [165]
Argentina Jawatankuasa Penasihat Bioteknologi Pertanian Kebangsaan (kesan alam sekitar), Perkhidmatan Kebangsaan Kesihatan dan Kualiti Pertanian (keselamatan makanan) dan Arah Agribisnis Negara (kesan ke atas perdagangan) [166] Keputusan akhir yang dibuat oleh Sekretariat Pertanian, Ternakan, Perikanan dan Makanan. [166]
Brazil Suruhanjaya Teknikal Kebangsaan Biokeselamatan (keselamatan alam sekitar dan makanan) dan Majlis Menteri-menteri (isu-isu komersial dan ekonomi) [166]
Australia Pejabat Pengatur Teknologi Gen (semua luar negeri), Pentadbiran Barangan Terapeutik (ubat-ubatan GM) dan Standard Makanan Australia New Zealand (makanan GM). [167] [168] Kerajaan negeri individu kemudian dapat menilai impak pelepasan di pasaran dan perdagangan dan menggunakan undang-undang lanjut untuk mengawal produk yang diubah suai secara genetik yang diluluskan. [168]
Salah satu isu utama mengenai pengawal selia adalah sama ada produk GM harus dilabelkan. The Suruhanjaya Eropah mengatakan bahawa pelabelan mandatori dan susur galur yang diperlukan untuk membolehkan pilihan bermaklumat, mengelakkan potensi pengiklanan palsu [169] dan memudahkan pengeluaran produk jika kesan buruk kepada kesihatan atau alam sekitar ditemui. [170] The American Medical Association [171] dan Persatuan Amerika untuk Kemajuan Sains [172] mengatakan bahawa bukti saintifik tidak hadir bahaya walaupun pelabelan sukarela adalah mengelirukan dan akan secara palsu pengguna penggera ". Pelabelan produk GMO di pasaran diperlukan di 64 buah negara.[173] Pelabelan boleh menjadi mandatori sehingga tahap kandungan GM (yang berbeza antara negara) atau sukarela. Di Kanada dan Amerika Syarikat pelabelan makanan GM adalah sukarela, [174] manakala di Eropah semua makanan (termasuk makanan diproses ) atau makanan yang mengandungi lebih besar daripada 0.9% daripada GMO yang diluluskan harus dilabelkan. [157]
Kontroversi
Artikel utama: Kontroversi makanan yang diubahsuai secara genetik
Pengkritik telah membantah penggunaan kejuruteraan genetik pada beberapa alasan, termasuk kebimbangan etika, ekologi dan ekonomi. Kebanyakan kebimbangan ini melibatkan tanaman GM dan sama ada makanan yang dihasilkan dari mereka adalah selamat, sama ada ia harus dilabelkan dan apakah kesan yang akan mereka alami terhadap alam sekitar. Kontroversi ini membawa kepada litigasi, pertikaian perdagangan antarabangsa, dan protes, dan pengawalan produk komersial di sesetengah negara. [175]
Tuduhan bahawa para saintis " memainkan Tuhan " dan isu-isu agama lain telah dianggap sebagai teknologi sejak awal. [176] isu etika lain yang dibangkitkan termasuk paten hidup , [177] penggunaan harta intelek hak-hak, [178] tahap pelabelan pada produk, [179] [180] kawalan bekalan makanan [181] dan objektiviti daripada proses pengawalseliaan. [182] Walaupun keraguan telah dinaikkan, [183] kebanyakan kajian ekonomi telah menemui tanaman GM yang semakin berkembang untuk memberi manfaat kepada petani. [184] [185][186]
Aliran gen di antara tumbuhan GM dan tumbuhan yang serasi, bersama-sama dengan peningkatan penggunaan herbisid selektif , boleh meningkatkan risiko " superweed " berkembang. [187] Kebimbangan alam sekitar lain melibatkan kesan yang berpotensi kepada organisma yang tidak disasarkan, termasuk mikrob tanah , [188] dan peningkatan serangga serangga sekunder dan tahan. [189] [190] Banyak kesan alam sekitar mengenai tanaman GM mungkin mengambil masa bertahun-tahun untuk difahami juga jelas dalam amalan pertanian konvensional. [188] [191] Dengan pengkomersilan ikan diubah suai secara genetikterdapat kebimbangan mengenai apa kesan alam sekitar jika mereka melarikan diri. [192]
Terdapat tiga kebimbangan utama mengenai keselamatan makanan diubahsuai secara genetik: sama ada mereka boleh mencetuskan reaksi alahan ; sama ada gen boleh memindahkan dari makanan ke sel manusia; dan sama ada gen tidak diluluskan untuk penggunaan manusia boleh melampaui tanaman lain. [193] Terdapat konsensus saintifik [194] [195] [196] [197] bahawa makanan sedia ada yang diperolehi dari tanaman GM tidak menimbulkan risiko yang lebih besar kepada kesihatan manusia daripada makanan konvensional, [198] [199] [200] [201 ] [202] tetapi setiap makanan GM perlu diuji berdasarkan kes demi kes sebelum pengenalan. [203] [204] [205]Walau bagaimanapun, orang ramai kurang berkemungkinan daripada saintis untuk melihat makanan GM sebagai selamat. [206] [207] [208] [209]
| 