¿Qué son los “alimentos genéticamente modificados”?

(1) Extraer el gen diana. Aislar el fragmento de ADN que contiene el gen diana del genoma complejo del organismo biológico, o sintetizar artificialmente el gen diana, o extraer el fragmento del gen correspondiente y la tecnología de PCR del biblioteca de genes. Propagar el gen de interés.

(2) Combinar el gen diana y el portador fuera de la célula, y luego cortar y adherir el fragmento de ADN que lleva el gen diana a un vector de transporte que puede autorreplicarse y tiene múltiples marcadores seleccionables en moléculas. (generalmente plásmidos, fagos T4, virus de animales y plantas, etc.), se forman moléculas de ADN recombinante.

(3) Introducir el gen diana en la célula receptora, inyectar la molécula de ADN recombinante en la célula receptora (también conocida como célula huésped o célula huésped) y amplificar las células con el recombinante para obtener una gran número de células propágulas.

(4) Detección de genes diana: a partir de una gran cantidad de poblaciones de propagación celular, utilice los reactivos correspondientes para detectar células recombinantes con moléculas de ADN recombinantes.

(5) Expresión del gen diana Las células recombinantes obtenidas proliferarán en grandes cantidades para obtener proteínas funcionales expresadas correspondientemente, que mostrarán las características esperadas y satisfarán los requisitos de las personas.

Clasificación principal

El proceso de modificación genética se puede dividir en modificación genética artificial y modificación genética natural según la ruta. Según el objeto, se puede dividir en tecnología de modificación genética vegetal. , tecnología de modificación genética animal y tecnología de recombinación de genes microbianos.

Transgén artificial

Introducir genes aislados y modificados artificialmente en el genoma de organismos,

Ingeniería genética vegetal (3 fotos)

Debido a la expresión del gen introducido se provoca la modificación hereditaria de los rasgos del organismo. Esta tecnología se denomina tecnología transgénica (tecnología Transgene). La gente suele decir que "ingeniería genética", "ingeniería genética" y "transformación genética" son sinónimos de transgénicos. Hoy en día, la tecnología artificial que cambia los rasgos de animales y plantas a menudo se denomina tecnología transgénica (sentido estricto), mientras que la manipulación de microorganismos generalmente se denomina tecnología de ingeniería genética (sentido estricto).

Los organismos modificados mediante tecnología genéticamente modificada suelen denominarse "Organismos Genéticamente Modificados" (Organismos Genéticamente Modificados, OGM para abreviar) en los medios.

Transgén natural

No está guiado artificialmente. Es un fenómeno transgénico formado de forma independiente por animales, plantas o microorganismos en la naturaleza, como la integración del ADN del virus de la hepatitis B en vectores lentivirales. [7] En los cromosomas de los espermatozoides humanos, los fagos insertan su propio ADN en el ADN de las células lisogénicas, como Agrobacterium y el virus del mosaico de la coliflor (CMV).

Plantas transgénicas

Las plantas transgénicas son plantas que contienen genes extraños en su genoma. Se puede obtener mediante fusión de protoplastos, recombinación celular, transferencia de material genético y tecnología de ingeniería cromosómica. Puede cambiar algunas características genéticas de las plantas y cultivar alto rendimiento, alta calidad, antivirus, resistencia a insectos, resistencia al frío, resistencia a la sequía y al anegamiento. resistencia y resistencia a la sal. Nuevas variedades de cultivos resistentes a álcalis y herbicidas, como maíz, arroz, aguacate ártico, [8] álamo tomentosa triploide transgénico. Además, se pueden utilizar plantas transgénicas o células cultivadas in vitro para producir productos de expresión de genes extraños, como la hormona del crecimiento humano, la insulina, el interferón, la interleucina 2, el factor de crecimiento epidérmico, la vacuna contra la hepatitis B y otros genes que se han obtenido en plantas transgénicas. . Expresar.

Animales transgénicos

Los animales transgénicos son animales que contienen genes extraños en su genoma. Se basa en un proceso prediseñado de introducción de genes extraños en espermatozoides, óvulos u óvulos fertilizados mediante fusión celular, recombinación celular, transferencia de material genético, ingeniería cromosómica y tecnología de ingeniería genética, y luego utilizando tecnología de ingeniería reproductiva, es posible criar animales transgénicos.

Álbum de combinación (3 imágenes)

A través del gen de la auxina, el gen de la fertilidad, el gen de la hormona estimulante del óvulo, el gen de la lactancia alta, el gen de la grasa corporal, el gen de la queratina, la transferencia de genes como ya que los genes de parásitos y los genes antivirales pueden provocar ciclos de crecimiento más cortos, más camadas, más huevos y una mayor producción de leche. Los súper ratones transgénicos son aproximadamente el doble de grandes que los ratones comunes. La carne y las pieles producidas tienen buena calidad y rendimiento de procesamiento, y son resistentes a las enfermedades. Se han logrado ciertos resultados en animales domésticos como ganado vacuno, ovejas, cerdos, pollos y peces.

Sin embargo, debido a que los animales transgénicos se ven afectados por el mosaicismo genético y la heterocigosidad, su descendencia reproducida sexualmente tiene grandes variaciones, lo que dificulta la formación de líneas genéticas transgénicas estables.

Por lo tanto, se intenta introducir genes extraños en las mitocondrias y luego en los óvulos fertilizados. Debido a la herencia citoplasmática de las mitocondrias, todos sus descendientes sexuales pueden ser individuos transgénicos, resolviendo así este problema.

Recombinación microbiana

Entre todas las tecnologías transgénicas, la tecnología de recombinación de genes microbianos es la más utilizada y comúnmente utilizada.

A diferencia de los animales y las plantas, la tecnología de recombinación microbiana generalmente requiere el uso de vectores genéticos recombinantes especializados: los plásmidos. Los plásmidos son elementos genéticos citoplasmáticos y, por tanto, tienen propiedades genéticas inestables. Sin embargo, en comparación con los animales y las plantas, la tecnología de recombinación microbiana[9] tiene las características de ciclo corto, efecto significativo y fuerte control, por lo que se utiliza ampliamente en la biomedicina y[10] en las industrias de preparación de enzimas. Después de años de fundamento teórico, se han desarrollado sistemas de expresión de levaduras, sistemas de expresión de E. coli y sistemas de expresión de hongos filamentosos en el campo de los microorganismos. Entre ellos, el sistema de expresión de Pichia pastoris y el sistema de expresión de E. coli son los más populares y tienen. alta eficiencia de expresión (la proteína fuente extranjera representa del 10% al 40% de la proteína celular total) y tiene las características de bajo costo de producción. Los productos comúnmente utilizados incluyen insulina, interleucina, α-termoamilasa, inyección de adenovirus p53 humano recombinante y levadura de cerveza. La vacuna contra la hepatitis B, los antibióticos [11], la xilanasa alimentaria, la quitosanasa, etc. son producidos por estos dos sistemas de expresión.

Principio técnico

El principio de la tecnología transgénica es introducir genes de alta calidad aislados y modificados artificialmente en el genoma de los organismos para lograr el propósito de transformar organismos. Debido a la expresión del gen introducido, los rasgos del organismo se modifican y cambian de forma hereditaria. Esta tecnología se denomina tecnología de transgenes artificiales (tecnología Transgene).

La tecnología transgénica artificial es una biotecnología que transfiere los genes de un organismo al ADN de otro organismo. Hay incertidumbre. Los métodos y herramientas comúnmente utilizados incluyen microinyección, pistola genética, electrólisis, liposomas, etc. Los transgenes se utilizaron originalmente para estudiar la función de los genes, es decir, introducir genes extraños en el genoma de los organismos receptores (normalmente organismos modelo, como Arabidopsis o el pez cebra, etc.) y observar los rasgos mostrados por los organismos para revelar la función de los genes. Función de los genes.

Plantas

Las plantas transgénicas son plantas que contienen genes extraños en su genoma. Se obtiene mediante la fusión de protoplastos, la recombinación celular, la transferencia de material genético y la tecnología de ingeniería cromosómica para cambiar ciertas características genéticas de las plantas, cultivar nuevas variedades de alta calidad o producir productos de expresión de genes extraños, como la insulina.

En las últimas dos décadas, con el desarrollo continuo de diversos campos de la biología molecular, el aislamiento de genes vegetales, la construcción de vectores de ingeniería genética, la transformación genética de células, el cultivo de tejidos de células transformadas y las tecnologías de regeneración vegetal. como la detección de la expresión de genes exógenos, son cada vez más maduros y perfectos. La investigación en ingeniería genética vegetal avanza cada día. Muchas transformaciones genéticas que antes eran imposibles, han tenido éxito en cada vez más plantas.

El principal objetivo del estudio de las plantas genéticamente modificadas es aumentar la producción de polipéptidos o enzimas industriales, mejorar la calidad de los alimentos y mejorar la resistencia de los cultivos a plagas y patógenos. La mayoría de las proteínas medicinales convencionales se extraen mediante métodos bioquímicos o se obtienen mediante fermentación microbiana. El contenido de dichas sustancias activas en las células vivas es generalmente muy pequeño y el proceso de extracción es complejo y costoso, lo que dista mucho de satisfacer las necesidades de la sociedad. El uso de plantas genéticamente modificadas para producir estas proteínas medicinales, incluidas vacunas, anticuerpos, interferones y otras citocinas, puede producirse en masa mediante el cultivo de plantas en el campo, lo que reduce significativamente los costos de producción, aumenta los rendimientos y obtiene medicamentos que no se pueden obtener con métodos convencionales. medio.

La mayor ventaja de utilizar plantas para producir vacunas es que pueden tomarse por vía oral directamente como alimento. Se transfieren múltiples genes de vacunas a las plantas mediante diversas tecnologías transgénicas de plantas, obteniendo así plantas transgénicas que expresan vacunas polipeptídicas. Dado que la ingeniería genética de anticuerpos puede aislar genes de anticuerpos (desde pequeñas unidades activas hasta genes de cadenas pesadas y ligeras de anticuerpos completos) a partir de hibridomas de anticuerpos monoclonales, la gente ha comenzado a pensar en formas de utilizar plantas transgénicas para expresar estos anticuerpos.

En 1989, Hiatt transfirió los genes de anticuerpos producidos por células de hibridoma de ratón a células de tabaco para obtener anticuerpos vegetales y descubrió que los anticuerpos vegetales tenían la misma capacidad de unión a antígenos que los anticuerpos derivados de hibridoma y eran funcionales. Después de eso, se expresaron con éxito anticuerpos de longitud completa, anticuerpos de dominio único y anticuerpos de cadena sencilla en plantas transgénicas. La inmunoterapia local con anticuerpos vegetales será un área llamativa. El tratamiento local con anticuerpos de alta afinidad puede curar la caries dental y otras enfermedades comunes.

Las plantas transgénicas pueden producir más variedades nuevas, y las verduras, frutas y flores pueden optimizarse conservando sus excelentes cualidades.

Animales

Los animales modificados artificialmente son animales que contienen genes extraños en su genoma.

Animales transgénicos (19 fotos)

Se basa en células recombinantes prediseñadas e integradas, transferencia de material genético, ingeniería cromosómica y tecnologías de ingeniería genética para introducir genes extraños en el espermatozoide, el óvulo células o utilizando óvulos fertilizados y utilizando tecnología de ingeniería reproductiva, es posible criar animales genéticamente modificados.

Mediante la transferencia de genes como el gen de las auxinas, el gen de la fertilidad, el gen de la hormona estimulante del óvulo, el gen de la alta lactancia, el gen del clenbuterol, el gen de la queratina, el gen antiparasitario, el gen antiviral, etc., se Es posible criar excelentes animales, especies reproducibles.

Los animales genéticos se refieren a un tipo de animal en el que genes extraños se integran de manera estable en genes cromosómicos mediante introducción experimental y pueden expresarse de manera estable. En 1974, Jaenisch utilizó la microinyección para obtener con éxito ratones transgénicos de ADN SV40 por primera vez en el mundo. Más tarde, Costantini inyectó el gen de la globina de conejo en óvulos fertilizados de ratón, de modo que los óvulos fertilizados se desarrollaron en ratones y expresaron β-globina de conejo; Palmiter et al. introdujeron el gen de la hormona de crecimiento de rata en óvulos fertilizados de ratón, obtuvieron "súper" ratones. ; Church obtuvo la primera vaca transgénica. Hasta ahora, se han obtenido con éxito ratones, pollos, cabras, cerdos, ovejas, vacas, ranas y una variedad de peces transgénicos.

Los animales transgénicos también se pueden utilizar como biofábricas (Biofactories), incluidos biorreactores de glándulas mamarias y biorreactores de trompas de Falopio, como el uso de ratones transgénicos para producir factor IX de coagulación y factor de activación del plasminógeno tisular (t-PA). interleucina 2, α1-antitripsina, ovejas transgénicas se utilizan para producir α1-antitripsina humana, cabras y vacas transgénicas se utilizan para producir LAt-PA y cerdos transgénicos se utilizan para producir hemoglobina humana, etc. Estos genes El producto es altamente eficiente, Es de alta calidad, barato y tiene la misma actividad biológica que la proteína humana correspondiente, y se secreta principalmente en la leche, lo que facilita su separación y purificación. Basado en el desarrollo de la biología de sistemas, la biotecnología-biología sintética de sistemas transgénicos ya no existe. solo un solo gen sino también multigen e incluso una nueva generación de biotecnología en diseño, síntesis y transgénicos del genoma.

Sin embargo, debido a los animales transgénicos artificiales, se ven afectados por el mosaicismo y la heterocigosidad genética, y su descendencia reproducida sexualmente tiene grandes variaciones, lo que dificulta la formación de líneas genéticas transgénicas estables. Por lo tanto, se intenta aislar mitocondrias de células animales receptoras, transformarlas con genes exógenos in vitro y luego introducir mitocondrias transgénicas artificiales en óvulos fertilizados de animales transgénicos artificiales resultantes, óvulos femeninos cultivados in vitro y cualquier macho debido a la misma. herencia citoplásmica de las mitocondrias en el apareamiento individual o la fertilización artificial in vitro, todos los descendientes sexuales pueden ser individuos artificialmente transgénicos. [12]

Métodos de transformación

Los métodos de transformación genética generalmente se pueden dividir en dos categorías según requieran cultivo de tejidos y regeneración de plantas. El primer tipo requiere regeneración de plantas a través de tejidos. cultivo; los métodos comúnmente utilizados incluyen la transformación mediada por Agrobacterium y el método de pistola genética; otro tipo de método no requiere cultivo de tejidos. Los más maduros incluyen el método de paso del tubo polínico, que fue propuesto por científicos chinos.

Transformación mediada por Agrobacterium

Agrobacterium es una bacteria Gram-negativa que se encuentra comúnmente en el suelo. Puede infectar quimiotácticamente a la mayoría de los géminis en condiciones naturales y provocar agallas o agallas en la corona. raíces peludas. Agrobacterium tumefaciens

Transgénico

Las células de Agrobacterium tumefaciens y Agrobacterium rhizogenes contienen el plásmido Ti y el plásmido Ri respectivamente. Hay un trozo de ADN T en ellas que infecta las heridas de las plantas. Al ingresar a la célula, el ADN-T se puede insertar en el genoma de la planta.

Por tanto, Agrobacterium es un sistema de transformación genética vegetal natural. Las personas insertan el gen objetivo en la región de ADN T modificada, utilizan la infección por Agrobacterium para realizar la transferencia e integración de genes extraños en células vegetales y luego utilizan tecnología de cultivo de células y tejidos para regenerar plantas transgénicas.

La transformación mediada por Agrobacterium inicialmente solo se utilizó en plantas dicotiledóneas. Desde que se superó el cuello de botella técnico, la transformación mediada por Agrobacterium también se ha utilizado ampliamente en plantas monocotiledóneas, entre las que se ha utilizado el arroz como planta modelo. para la investigación.

Método de paso del tubo polínico

Inyecta una solución de ADN que contiene el gen objetivo en el ovario después de la polinización y utiliza el paso del tubo polínico formado durante el proceso de floración y fertilización de la planta para transferir El ADN exógeno se introduce en el óvulo fertilizado y se integra aún más en el genoma de la célula receptora. A medida que el óvulo fertilizado se desarrolla, se convierte en un nuevo individuo con el transgén. Este método fue propuesto por el erudito chino Zhou Guangyu a principios de la década de 1980. El algodón transgénico resistente a insectos más promocionado en China se cultivaba utilizando el método de paso del tubo polínico. La mayor ventaja de este método es que no depende del cultivo de tejidos para regenerar plantas artificialmente. La tecnología es simple, no requiere un laboratorio bien equipado y es fácil de dominar para los fitomejoradores convencionales. [13]

Microinyección nuclear

La microinyección nuclear es el método más utilizado en la tecnología transgénica animal. Inyecta genes exógenos en el pronúcleo de óvulos fertilizados bajo un microscopio. Los genes exógenos inyectados se fusionan con el genoma del embrión, luego se cultivan in vitro y finalmente se trasplantan al útero de la hembra receptora para su desarrollo. animal en el cuerpo del parto Todas las células contienen nuevos segmentos de ADN. -Las desventajas de este método son la baja eficiencia, la incertidumbre en los resultados de expresión causada por efectos de posición (aleatoriedad de los sitios de inserción de genes extraños), la baja utilización de los animales, etc. En los rumiantes, también hay ciclos reproductivos largos y fuertes. Tiene características como el tiempo. limitaciones y la necesidad de un gran número de animales donantes y receptores.

Pasos detallados: bajo un microscopio, utilice una aguja de vidrio muy delgada (diámetro de 1 a 2 micrones) para inyectar ADN directamente en el núcleo del embrión y luego trasplantar el embrión inyectado con ADN al animal. , para que puedan convertirse en cachorros normales. Aproximadamente una décima parte de los animales producidos mediante este método son animales transgénicos que integran genes extraños.

Método de la pistola genética

Utilizando una explosión de pólvora o aceleración de gas a alta presión (este equipo de aceleración se llama pistola genética), microbalas de alta velocidad envueltas con una solución de ADN que contiene el El gen objetivo se administra directamente en células y tejidos vegetales completos, y luego se utilizan técnicas de cultivo de células y tejidos para regenerar las plantas, y las plantas transgénicas positivas se seleccionan como plantas transgénicas. Una ventaja importante de la transformación biolística en comparación con la transformación con Agrobacterium es que no está restringida por la variedad de plantas receptoras. Además, la construcción de su plásmido vector es relativamente sencilla, por lo que también es un método muy utilizado en la investigación transgénica.

Método mediado por espermatozoides

Ilustración de la tecnología transgénica

La transferencia de genes mediada por espermatozoides consiste en hacer que los espermatozoides porten genes extraños después de la capacidad de tratamiento adecuada. Luego, la hembra en celo es inseminada con esperma que porta el gen extraño. Entre las crías nacidas de hembras, una cierta proporción de animales son animales transgénicos que integran genes extraños.

En comparación con el método de microinyección, la transferencia genética mediada por espermatozoides tiene dos ventajas: en primer lugar, su coste es muy bajo, sólo una décima parte del coste del método de microinyección. En segundo lugar, como no implica manipular animales, se pueden realizar experimentos con rebaños de producción de ganado vacuno u ovino, asegurando el éxito en todo momento.

Método transgénico de transferencia nuclear

La transferencia nuclear de células somáticas es una tecnología transgénica. Este método consiste en cultivar primero el gen extraño y las células del donante en el medio de cultivo para integrar el gen extraño en las células del donante y luego trasplantar el núcleo de la célula del donante a la célula receptora (el ovocito enucleado) para formar una reconstrucción del embrión. luego se trasplanta a la madre pseudoembarazada y, después del embarazo y el parto, se puede obtener un animal clonado genéticamente modificado.

Método de transferencia nuclear de células somáticas

En primer lugar, se introducen genes en células somáticas cultivadas in vitro y se analizan células con transgenes para obtenerlos. Luego, el núcleo de la célula somática transgénica se trasplanta al óvulo y se extrae el núcleo para producir un embrión reconstruido. Los embriones reconstruidos se trasplantan al cuerpo de la madre y la descendencia resultante son animales 100% transgénicos.