Tanaman transgenik pertama (tanaman tembakau dengan sisipan gen dari mikroorganisme) diperoleh pada tahun 1983. Uji coba lapangan pertama yang berhasil terhadap tanaman transgenik (tanaman tembakau yang tahan terhadap infeksi virus) telah dilakukan di Amerika Serikat pada tahun 1986.
Setelah melewati semua tes yang diperlukan untuk toksisitas, alergenisitas, mutagenisitas, dll. Produk transgenik pertama tersedia secara komersial di Amerika Serikat pada tahun 1994. Produk tersebut adalah tomat Flavr Savr dari Calgen yang mengalami penundaan pematangan dan kedelai tahan herbisida dari Monsanto. Dalam 1-2 tahun, perusahaan bioteknologi memasuki pasar seluruh baris tanaman hasil rekayasa genetika: tomat, jagung, kentang, tembakau, kedelai, lobak, zucchini, lobak, kapas.
Saat ini, ratusan perusahaan komersial di seluruh dunia dengan total modal lebih dari seratus miliar dolar terlibat dalam produksi dan pengujian tanaman hasil rekayasa genetika. Pada tahun 1999, tanaman transgenik ditanam luas keseluruhan sekitar 40 juta hektar, melebihi luas negara seperti Inggris Raya. Di AS, tanaman hasil rekayasa genetika (Tanaman GM) kini mencakup sekitar 50% tanaman jagung dan kedelai serta lebih dari 30-40% tanaman kapas. Hal ini menunjukkan bahwa bioteknologi tanaman rekayasa genetika telah menjadi sektor penting dalam produksi pangan dan produk bermanfaat lainnya, yang menarik sumber daya manusia dan aliran keuangan dalam jumlah besar. Di tahun-tahun mendatang, diperkirakan akan terjadi peningkatan pesat di wilayah yang ditempati oleh tanaman budidaya bentuk transgenik.
Gelombang pertama tanaman transgenik yang disetujui untuk penggunaan praktis mengandung gen tambahan untuk ketahanan (terhadap penyakit, herbisida, hama, pembusukan selama penyimpanan, stres).
Tahapan perkembangan rekayasa genetika tanaman saat ini disebut “rekayasa metabolik”. Dalam hal ini, tugasnya bukan untuk meningkatkan kualitas tertentu yang ada pada tanaman, seperti pada pemuliaan tradisional, tetapi untuk mengajarkan tanaman untuk menghasilkan senyawa yang benar-benar baru yang digunakan dalam pengobatan, produksi kimia, dan bidang lainnya. Senyawa tersebut dapat berupa asam lemak khusus, protein sehat dengan kandungan tinggi asam amino esensial, polisakarida yang dimodifikasi, vaksin yang dapat dimakan, antibodi, interferon dan protein “obat” lainnya, polimer baru yang tidak mencemari lingkungan dan masih banyak lagi. Penggunaan tanaman transgenik memungkinkan produksi zat-zat tersebut dalam skala besar dan murah sehingga membuatnya lebih mudah diakses untuk dikonsumsi secara luas.
Meningkatkan kualitas protein penyimpanan nabati
Protein penyimpanan spesies budidaya utama dikodekan oleh keluarga gen yang berkerabat dekat. Akumulasi protein penyimpanan benih merupakan proses biosintetik yang kompleks. Upaya rekayasa genetika pertama untuk meningkatkan sifat suatu tanaman dengan memperkenalkan gen penyimpan protein dari tanaman lain dilakukan oleh D. Kemp dan T. Hall pada tahun 1983 di Amerika Serikat. Gen faseolin kacang ditransfer ke genom bunga matahari menggunakan plasmid Ti. Hasil percobaan ini hanyalah tumbuhan chimeric yang disebut sanbin. Polipeptida faseolin yang terkait secara imunologis ditemukan dalam sel bunga matahari, yang mengkonfirmasi fakta transfer gen antara tanaman yang termasuk dalam keluarga berbeda.
Kemudian, gen faseolin dipindahkan ke sel tembakau: pada tanaman yang diregenerasi, gen tersebut diekspresikan di semua jaringan, meskipun dalam jumlah kecil. Ekspresi gen faseolin yang tidak spesifik, seperti dalam kasus transfernya ke sel bunga matahari, sangat berbeda dengan ekspresi gen ini pada kotiledon kacang dewasa di mana faseolin merupakan 25-50% dari total protein. Fakta ini menunjukkan perlunya melestarikan sinyal pengatur lain dari gen ini ketika membangun tanaman chimeric dan pentingnya mengendalikan ekspresi gen selama entogenesis tanaman.
Gen yang mengkode protein penyimpanan jagung, zein, setelah diintegrasikan ke dalam T-DNA, dipindahkan ke genom bunga matahari sebagai berikut. Strain Agrobacterium yang mengandung plasmid Ti dengan gen zein digunakan untuk menginduksi tumor pada batang bunga matahari. Beberapa tumor yang dihasilkan mengandung mRNA yang disintesis dari gen jagung, sehingga memberikan alasan untuk mempertimbangkan hasil ini sebagai bukti pertama transkripsi gen monokotil menjadi dikotil. Namun keberadaan protein zein tidak terdeteksi pada jaringan bunga matahari.
Tujuan yang lebih realistis dari rekayasa genetika adalah memperbaiki komposisi asam amino protein. Seperti diketahui, dalam penyimpanan protein sebagian besar sereal terdapat kekurangan lisin, treonin, triptofan, dan pada kacang-kacangan - metionin dan sistein. Memasukkan sejumlah tambahan asam amino yang kekurangan ke dalam protein ini dapat menghilangkan ketidakseimbangan asam amino. Dengan menggunakan metode pemuliaan tradisional, kandungan lisin dalam protein penyimpanan sereal dapat ditingkatkan secara signifikan. Dalam semua kasus ini, bagian dari prolamin (protein penyimpanan sereal yang larut dalam alkohol) digantikan oleh protein lain yang mengandung banyak lisin. Namun pada tanaman tersebut ukuran butirnya mengecil dan hasil panennya menurun. Rupanya, prolamin diperlukan untuk pembentukan biji-bijian normal, dan penggantiannya dengan protein lain berdampak negatif pada hasil. Mengingat hal tersebut, untuk meningkatkan kualitas protein penyimpan biji-bijian, diperlukan protein yang tidak hanya memiliki kandungan lisin dan treonin yang tinggi, tetapi juga dapat sepenuhnya menggantikan sebagian prolamin selama pembentukan biji-bijian.
Tumbuhan juga dapat menghasilkan protein hewani. Dengan demikian, penyisipan ke dalam genom tanaman Arabidopsis thaliana dan Brassica napus dari gen chimeric yang terdiri dari bagian gen protein penyimpan Arabidopsis 25 dan bagian pengkodean untuk neuropeptida enkephalin menyebabkan sintesis protein chimeric hingga 200 ng. per 1 g biji. Dua domain protein struktural dihubungkan oleh urutan yang dikenali oleh trypsin, yang selanjutnya memungkinkan untuk dengan mudah mengisolasi enkephalin murni.
Dalam percobaan lain, setelah menyilangkan tanaman transgenik, yang salah satunya menyisipkan gen untuk subunit gamma, dan yang kedua - gen untuk subunit kappa imunoglobulin, dimungkinkan untuk memperoleh ekspresi kedua rantai pada keturunannya. Hasilnya, tanaman membentuk antibodi yang mencapai 1,3% dari total protein daun. Juga telah ditunjukkan bahwa imunoglobulin monoklonal sekretorik yang berfungsi penuh dapat dikumpulkan di tanaman tembakau. Imunoglobulin sekretori biasanya disekresikan ke dalam rongga mulut dan perut manusia dan hewan dan berfungsi sebagai penghalang pertama terhadap infeksi usus. Dalam penelitian yang disebutkan di atas, antibodi monoklonal diproduksi pada tanaman yang spesifik untuk Streptococcus mutans, bakteri penyebab karies gigi. Diasumsikan bahwa berdasarkan antibodi monoklonal yang dihasilkan oleh tanaman transgenik, akan memungkinkan untuk menciptakan pasta gigi yang benar-benar anti karies. Di antara protein hewani lain yang memiliki kepentingan medis, produksi β-interferon manusia pada tumbuhan telah terbukti.
Pendekatan juga telah dikembangkan untuk memperoleh antigen bakteri pada tanaman dan menggunakannya sebagai vaksin. Kentang yang mengekspresikan oligomer dari subunit toksin kolera yang tidak beracun telah diperoleh. Tanaman transgenik ini dapat digunakan untuk memproduksi vaksin murah melawan kolera.
lemak
Bahan baku terpenting untuk produksi berbagai jenis bahan kimia adalah asam lemak - komponen utama minyak nabati. Berdasarkan strukturnya, ini adalah rantai karbon yang memiliki sifat fisik dan kimia yang berbeda tergantung pada panjangnya dan derajat kejenuhan ikatan karbon. Pada tahun 1995, pengujian eksperimental selesai dan izin diperoleh dari otoritas federal AS untuk budidaya dan penggunaan komersial tanaman lobak transgenik dengan komposisi minyak nabati yang dimodifikasi, termasuk, bersama dengan asam lemak beranggota 16 dan 18 biasa, naik. hingga 45% asam lemak beranggota 12 - laurata. Zat ini banyak digunakan untuk produksi bubuk pencuci, sampo, dan kosmetik.
Pekerjaan eksperimental melibatkan kloning gen untuk thioesterase spesifik dari tanaman Umbellularia califomica, di mana kandungan laurat dalam lemak bijinya mencapai 70%. Bagian struktural gen enzim ini, di bawah kendali promotor-terminator gen protein khusus untuk tahap awal pembentukan benih, dimasukkan ke dalam genom rapeseed dan Arabidopsis, yang menyebabkan peningkatan kandungan laurat. dalam minyak tanaman ini.
Proyek lain yang berkaitan dengan perubahan komposisi asam lemak termasuk pekerjaan yang bertujuan untuk menambah atau mengurangi kandungan asam lemak tak jenuh dalam minyak nabati. Eksperimen dengan asam petroselinat, suatu isomer asam oleat, yang ikatan rangkapnya terletak di belakang anggota karbon keenam, merupakan hal yang menarik. Asam lemak ini merupakan bagian dari minyak ketumbar dan menentukan titik lelehnya yang lebih tinggi (33°C), sedangkan dengan adanya asam oleat titik lelehnya hanya 12°C. Diasumsikan bahwa setelah transfer gen yang menentukan sintesis asam petroselinat ke tanaman penghasil minyak nabati, akan dimungkinkan untuk menghasilkan margarin makanan yang mengandung asam lemak tak jenuh. Selain itu, sangat mudah memperoleh laurat dari asam petroselinat melalui oksidasi dengan ozon. Studi lebih lanjut tentang kekhasan sintesis biokimia asam lemak tampaknya akan mengarah pada kemampuan untuk mengontrol sintesis ini untuk memperoleh asam lemak dengan panjang yang bervariasi dan tingkat kejenuhan yang bervariasi, yang secara signifikan akan mengubah produksi deterjen, kosmetik, produk kembang gula. , pengeras, pelumas, obat-obatan, polimer, bahan bakar solar dan masih banyak lagi yang berhubungan dengan penggunaan bahan baku hidrokarbon.
Polisakarida
Pekerjaan sedang dilakukan untuk menciptakan tanaman kentang transgenik dan tanaman pengumpul pati lainnya, di mana zat ini akan ditemukan terutama dalam bentuk amilopektin, yaitu bentuk pati bercabang, atau terutama hanya dalam bentuk amilosa, yaitu, yaitu, bentuk pati linier. Larutan amilopektin dalam air lebih cair dan transparan dibandingkan larutan amilosa, yang bila berinteraksi dengan air akan membentuk gel yang kaku. Misalnya, pati, yang sebagian besar terdiri dari amilopektin, kemungkinan besar akan diminati di pasar produsen berbagai campuran nutrisi, di mana pati yang dimodifikasi saat ini digunakan sebagai bahan pengisi. Genom plastida dan mitokondria juga dapat mengalami modifikasi genetik. Sistem seperti ini memungkinkan peningkatan kandungan produk dalam bahan transgenik secara signifikan.
Penciptaan tanaman tahan herbisida
Dalam teknologi pertanian baru yang intensif, herbisida digunakan secara luas. Hal ini berkaitan dengan hal tersebut. bahwa herbisida berspektrum luas yang sebelumnya berbahaya bagi lingkungan, beracun bagi mamalia dan bertahan lama di lingkungan luar, digantikan oleh senyawa baru yang lebih canggih dan aman. Namun, kelemahannya adalah tidak hanya menghambat pertumbuhan gulma, tetapi juga tanaman budidaya.Herbisida yang sangat efektif seperti glifosat dan atrazin sedang dipelajari secara intensif untuk mengidentifikasi mekanisme toleransi beberapa gulma terhadap tanaman tersebut. Jadi, di lahan dimana atrazin digunakan secara luas, biotipe yang tahan terhadap atrazin cukup sering muncul pada banyak spesies tanaman.
Mempelajari mekanisme resistensi terhadap herbisida untuk memperoleh, dengan menggunakan metode rekayasa genetika, tanaman budidaya yang memiliki sifat tersebut, meliputi tahapan sebagai berikut: mengidentifikasi target biokimia kerja herbisida dalam sel tanaman: memilih organisme yang resisten terhadap herbisida tertentu sebagai sumbernya. gen resistensi: mengkloning gen-gen ini: memasukkannya ke dalam tanaman budidaya dan mempelajari fungsinya
Ada empat mekanisme berbeda secara mendasar yang dapat menyebabkan resistensi terhadap senyawa kimia tertentu, termasuk herbisida: transportasi, eliminasi, regulasi, dan kontak. Mekanisme transpor resistensi adalah ketidakmampuan herbisida untuk menembus sel. Di bawah pengaruh mekanisme eliminasi resistensi, zat yang telah memasuki sel dapat dihancurkan dengan bantuan faktor seluler yang dapat diinduksi, paling sering mendegradasi enzim, dan juga mengalami satu atau beberapa jenis modifikasi, membentuk produk tidak aktif yang tidak berbahaya bagi sel. Dengan resistensi regulasi, protein atau enzim sel yang diinaktivasi oleh herbisida mulai disintesis secara intensif, sehingga menghilangkan defisiensi metabolit yang diinginkan di dalam sel. Mekanisme kontak resistensi disediakan oleh perubahan struktur target (protein atau enzim), interaksi yang berhubungan dengan efek merusak dari herbisida
Telah diketahui bahwa sifat resistensi herbisida bersifat monogenik, yaitu sifat yang paling sering ditentukan oleh satu gen. Hal ini membuatnya sangat mudah untuk menggunakan teknologi DNA rekombinan untuk mentransfer sifat ini. Gen yang mengkode enzim tertentu untuk penghancuran dan modifikasi herbisida dapat berhasil digunakan untuk menciptakan tanaman tahan herbisida menggunakan metode rekayasa genetika.
Metode pemuliaan tradisional untuk menghasilkan varietas tahan herbisida sangat memakan waktu dan tidak efektif. Herbisida yang paling banyak digunakan di luar negeri, glifosat (nama komersial Roundup), menghambat sintesis asam amino aromatik esensial dengan bekerja pada enzim 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPS synthase). Kasus resistensi yang diketahui terhadap herbisida ini berhubungan dengan peningkatan tingkat sintesis enzim ini (mekanisme peraturan) atau dengan munculnya enzim mutan yang tidak sensitif terhadap glifosfat (mekanisme kontak). Gen sintase EPSF diisolasi dari tanaman tahan glifosfat dan ditempatkan di bawah promotor virus mosaik kembang kol. Dengan menggunakan plasmid Ti, konstruksi genetik ini dimasukkan ke dalam sel petunia. Dengan adanya satu salinan gen, tanaman yang beregenerasi dari sel yang ditransformasi mensintesis enzim 20-40 kali lebih banyak dibandingkan tanaman asli, tetapi ketahanan terhadap glifosfat hanya meningkat 10 kali lipat.
Salah satu herbisida yang paling umum digunakan pada tanaman biji-bijian adalah atrazin. Ini menghambat fotosintesis dengan mengikat salah satu protein fotosistem II dan menghentikan transpor elektron. Resistensi herbisida terjadi akibat mutasi titik pada protein pengikat plastoquinone ini (penggantian serin dengan glisin), sehingga kehilangan kemampuan berinteraksi dengan herbisida. Dalam beberapa kasus, dimungkinkan untuk mentransfer gen protein mutan ke tanaman yang peka terhadap atrazin menggunakan plasmid Ti. Gen resistensi yang terintegrasi ke dalam kromosom tanaman dilengkapi dengan urutan sinyal yang memastikan pengangkutan protein yang disintesis ke dalam kloroplas. Tanaman chimeric menunjukkan resistensi yang signifikan terhadap konsentrasi atrazin yang menyebabkan kematian tanaman kontrol dengan gen protein tipe liar. Beberapa tanaman mampu menonaktifkan atrazin dengan menghilangkan residu klorin dengan enzim glutathione-S-transferase. Enzim yang sama menonaktifkan herbisida terkait lainnya dari seri triazine (propazine, simazine, dll.).
Ada tumbuhan yang ketahanan alaminya terhadap herbisida didasarkan pada detoksifikasi. Dengan demikian, resistensi tanaman terhadap klorsulfuron mungkin disebabkan oleh penonaktifan molekul herbisida melalui hidroksilasi dan glikosilasi selanjutnya dari gugus hidroksil yang dimasukkan. Penciptaan tanaman yang tahan terhadap patogen dan hama Ketahanan tanaman terhadap patogen tertentu seringkali merupakan sifat multigen yang kompleks.
Penularan beberapa lokus secara simultan sulit dilakukan bahkan dengan menggunakan metode rekayasa genetika, apalagi metode seleksi klasik. Cara lain lebih sederhana. Diketahui bahwa tanaman resisten mengubah metabolismenya ketika diserang patogen. Senyawa seperti H2O2, asam salisilat, dan fitoaleksin terakumulasi. Peningkatan kadar senyawa ini membantu tanaman melawan patogen.
Berikut adalah salah satu contoh yang membuktikan peran asam salisilat dalam respon imun tanaman. Tanaman tembakau transgenik, yang mengandung gen bakteri yang mengontrol sintesis hidrolase salisilat (enzim ini memecah asam salisilat), tidak mampu meningkatkan respons imun. Oleh karena itu, perubahan genetik pada kadar atau produksi asam salisilat pada tanaman sebagai respons terhadap patogen H2O2 mungkin menjanjikan untuk menciptakan tanaman transgenik yang resisten.
Dalam fitovirologi, fenomena resistensi silang tanaman terhadap infeksi virus telah diketahui secara luas. Inti dari fenomena ini adalah infeksi suatu tanaman dengan satu jenis virus mencegah infeksi berikutnya pada tanaman tersebut dengan jenis virus lain. Mekanisme molekuler dalam menekan infeksi virus masih belum jelas. Telah terbukti bahwa pengenalan gen virus secara individu, misalnya gen protein kapsid, sudah cukup untuk mengimunisasi tanaman. Dengan demikian, gen untuk protein selubung virus mosaik tembakau ditransfer ke sel tembakau dan tanaman transgenik diperoleh di mana 0,1% dari seluruh protein daun diwakili oleh protein virus. Sebagian besar tanaman tersebut tidak menunjukkan gejala penyakit apa pun saat terinfeksi virus. Ada kemungkinan bahwa protein selubung virus yang disintesis di dalam sel mencegah RNA virus berfungsi normal dan membentuk partikel virus yang lengkap. Telah ditetapkan bahwa ekspresi protein kapsid dari virus mosaik tembakau, virus mosaik alfalfa, virus mosaik mentimun, dan virus kentang X pada tanaman transgenik yang bersangkutan (tembakau, tomat, kentang, mentimun, paprika) memberikan tingkat yang tinggi. perlindungan terhadap infeksi virus berikutnya. Selain itu, pada tanaman yang ditransformasi tidak terjadi penurunan kesuburan, tidak ada perubahan yang tidak diinginkan pada pertumbuhan dan ciri fisiologis spesimen asli dan keturunannya. Dipercaya bahwa resistensi tanaman terhadap virus disebabkan oleh protein antivirus khusus, sangat mirip dengan interferon hewan. Tampaknya mungkin untuk menggunakan rekayasa genetika untuk meningkatkan ekspresi gen yang mengkode protein ini dengan memperkuatnya atau menggantinya dengan promotor yang lebih kuat.
Perlu dicatat bahwa penggunaan rekayasa genetika untuk melindungi tanaman dari berbagai mikroorganisme patogen sebagian besar terhambat oleh kurangnya pengetahuan tentang mekanisme reaksi pertahanan tanaman. Untuk memerangi hama serangga dalam produksi tanaman, bahan kimia digunakan - insektisida. Namun, mereka mempunyai efek berbahaya pada mamalia, membunuh serangga bermanfaat, mencemari lingkungan, jalan, dan selain itu, serangga cepat beradaptasi dengannya. Lebih dari 400 spesies serangga diketahui resisten terhadap insektisida yang digunakan. Oleh karena itu, semakin banyak perhatian diberikan pada agen pengendalian hayati yang menjamin selektivitas tindakan yang ketat dan tidak adanya adaptasi hama terhadap biopestisida yang digunakan.
Bakteri Bacillus thuringiensis telah dikenal cukup lama, menghasilkan protein yang sangat beracun bagi banyak spesies serangga, namun sekaligus aman bagi mamalia. Protein (delta endotoksin, protein CRY) diproduksi oleh berbagai strain B. thuringiensis. Interaksi toksin dengan reseptor sangat spesifik, sehingga mempersulit pemilihan kombinasi toksin-serangga. Sejumlah besar strain B. thuringiensis telah ditemukan di alam, yang racunnya hanya mempengaruhi jenis serangga tertentu. Persiapan B. thuringiensis telah digunakan selama beberapa dekade untuk mengendalikan serangga di ladang. Keamanan toksin dan protein penyusunnya bagi manusia dan mamalia lainnya telah terbukti sepenuhnya. Memasukkan gen protein ini ke dalam genom tanaman memungkinkan diperolehnya tanaman transgenik yang tidak dimakan serangga.
Selain efek spesifik spesies pada serangga, integrasi gen toksin delta prokariotik ke dalam genom tanaman, bahkan di bawah kendali promotor eukariotik yang kuat, tidak menyebabkan level tinggi ekspresi. Agaknya, fenomena ini muncul karena fakta bahwa gen bakteri ini mengandung lebih banyak basa nukleotida adenin dan timin daripada DNA tumbuhan. Masalah ini diselesaikan dengan membuat gen yang dimodifikasi, di mana fragmen tertentu dipotong dan ditambahkan dari gen alami, menjaga domain yang mengkode bagian aktif toksin delta. Misalnya, dengan menggunakan pendekatan seperti itu, diperoleh kentang yang tahan terhadap kumbang kentang Colorado. Tanaman tembakau transgenik yang mampu mensintesis racun telah diperoleh. Tanaman tersebut tidak sensitif terhadap ulat Manduca sexta. Yang terakhir meninggal dalam waktu 3 hari setelah kontak dengan tanaman penghasil racun. Produksi racun dan resistensi terhadap serangga diwariskan sebagai sifat dominan.
Saat ini, apa yang disebut tanaman Bt (dari B. thuringiensis) pada kapas dan jagung menempati sebagian besar total volume tanaman hasil rekayasa genetika dari tanaman ini yang ditanam di ladang AS.
Karena kemampuan rekayasa genetika untuk membangun tanaman entomopatogen berdasarkan racun yang berasal dari mikroba, racun yang berasal dari tumbuhan menjadi lebih menarik. Fitotoksin merupakan penghambat sintesis protein dan mempunyai fungsi perlindungan terhadap serangga hama, mikroorganisme dan virus. Yang paling baik dipelajari dari semuanya adalah risin, yang disintesis dalam biji jarak: gennya telah diklon dan urutan nukleotidanya telah ditetapkan. Namun, tingginya toksisitas risin bagi mamalia membatasi pekerjaan rekayasa genetika hanya pada tanaman industri yang tidak digunakan untuk makanan manusia atau pakan ternak. Racun yang dihasilkan oleh American Phytolacca efektif melawan virus dan tidak berbahaya bagi hewan. Mekanisme kerjanya adalah dengan menonaktifkan ribosomnya sendiri ketika berbagai patogen, termasuk fitovirus, memasuki sel. Sel-sel yang terkena menjadi nekrotik, mencegah patogen berkembang biak dan menyebar ke seluruh tanaman. Penelitian saat ini sedang dilakukan untuk mempelajari gen protein ini dan mentransfernya ke tanaman lain.
Penyakit virus tersebar luas di kalangan serangga, sehingga virus serangga alami, yang sediaannya disebut pestisida virus, dapat digunakan untuk mengendalikan hama serangga. Berbeda dengan pestisida, pestisida memiliki spektrum aksi yang sempit, tidak membunuh serangga bermanfaat, cepat terurai di lingkungan luar dan tidak berbahaya bagi tumbuhan dan hewan. Selain virus serangga, beberapa jamur yang menyerang serangga hama digunakan sebagai biopestisida. Biopestisida yang digunakan saat ini adalah strain alami dari virus dan jamur entomopatogen, namun kemungkinan untuk menciptakan biopestisida baru yang efektif di masa depan dengan menggunakan metode rekayasa genetika tidak dapat dikesampingkan.
Meningkatkan ketahanan tanaman terhadap kondisi stres
Tanaman sangat sering terkena berbagai faktor buruk. lingkungan: suhu tinggi dan rendah, kurangnya kelembaban, salinitas tanah dan pencemaran lingkungan, kekurangan atau sebaliknya kelebihan mineral tertentu, dll.
Ada banyak faktor-faktor ini, dan oleh karena itu metode perlindungan terhadapnya beragam - mulai dari sifat fisiologis hingga adaptasi struktural yang memungkinkan seseorang mengatasi efek berbahayanya.
Ketahanan tanaman terhadap faktor stres tertentu merupakan hasil pengaruh banyak gen yang berbeda, sehingga tidak mungkin membicarakan perpindahan sifat toleransi secara menyeluruh dari satu spesies tanaman ke spesies tanaman lainnya dengan menggunakan metode rekayasa genetika. Namun, rekayasa genetika mempunyai potensi untuk meningkatkan ketahanan tanaman. Hal ini menyangkut kerja dengan gen individu yang mengontrol respons metabolik tanaman terhadap kondisi stres, misalnya, produksi prolin berlebih sebagai respons terhadap guncangan osmotik, terhadap salinitas, sintesis protein khusus sebagai respons terhadap kejutan panas, dll. studi mendalam Dasar fisiologis, biokimia dan genetik dari respons tanaman terhadap kondisi lingkungan tidak diragukan lagi akan memungkinkan penggunaan metode rekayasa genetika untuk merancang tanaman yang tahan.
Sejauh ini, hanya pendekatan tidak langsung untuk mendapatkan tanaman tahan beku yang dapat dicatat, berdasarkan manipulasi rekayasa genetika dengan Pseudomonas syringae. Mikroorganisme ini, yang hidup berdampingan dengan tanaman, berkontribusi terhadap kerusakan tanaman akibat embun beku awal.Mekanisme fenomena ini disebabkan oleh fakta bahwa sel-sel mikroorganisme mensintesis protein khusus yang terlokalisasi di membran luar dan merupakan pusat kristalisasi es. Diketahui bahwa pembentukan es di dalam air bergantung pada zat yang dapat dijadikan sebagai pusat pembentukan es. Protein yang menyebabkan terbentuknya kristal es berbagai bagian tanaman (daun, batang, akar), merupakan salah satu faktor utama yang bertanggung jawab atas kerusakan jaringan tanaman yang sensitif terhadap embun beku awal. Berbagai percobaan dalam kondisi yang dikontrol ketat menunjukkan bahwa tanaman steril tidak rusak oleh suhu beku hingga -6 - 8°C, sedangkan pada tanaman dengan mikroflora yang sesuai, kerusakan sudah terjadi pada suhu -1,5 - 2°C. yang kehilangan kemampuan mensintesis protein yang menyebabkan pembentukan kristal es tidak meningkatkan suhu pembentukan es, dan tanaman dengan mikroflora seperti itu tahan terhadap embun beku. Strain bakteri tersebut, yang disemprotkan pada umbi kentang, bersaing dengan bakteri konvensional, yang menyebabkan peningkatan ketahanan tanaman terhadap embun beku. Mungkin bakteri semacam itu, yang dibuat menggunakan metode rekayasa genetika dan digunakan sebagai komponen lingkungan luar, akan berfungsi untuk memerangi embun beku.
Meningkatkan efisiensi fiksasi nitrogen biologis
Enzim yang bertanggung jawab untuk mereduksi molekul nitrogen menjadi amonium telah dipelajari dengan baik. - nitrogenase. Struktur nitrogenase sama pada semua organisme pengikat nitrogen. Selama fiksasi nitrogen, kondisi fisiologis yang sangat diperlukan adalah perlindungan nitrogenase dari kerusakan akibat pengaruh oksigen. Pemecah nitrogen yang paling baik dipelajari adalah rhizobia, yang bersimbiosis dengan kacang-kacangan, dan bakteri Klebsiella pneumoniae yang hidup bebas. Telah ditetapkan bahwa bakteri ini memiliki 17 gen, yang disebut gen nif, yang bertanggung jawab untuk fiksasi nitrogen. Semua gen ini saling terkait dan terletak pada kromosom antara gen enzim biosintesis histidin dan gen yang menentukan penyerapan asam shikimat. Pada rhizobia yang tumbuh cepat, gen nif terdapat dalam bentuk megaplasmid yang mengandung 200-300 ribu pasangan basa.
Di antara gen fiksasi nitrogen, gen diidentifikasi yang mengontrol struktur nitrogenase, faktor protein yang terlibat dalam transpor elektron, dan gen pengatur. Regulasi gen pengikat nitrogen cukup kompleks, sehingga transfer fungsi pengikat nitrogen dari bakteri langsung ke tanaman tingkat tinggi melalui rekayasa genetika saat ini tidak lagi dibahas. Eksperimen telah menunjukkan bahwa bahkan pada organisme eukariotik yang paling sederhana, ragi, ekspresi gen nif tidak dapat dicapai, meskipun gen tersebut bertahan selama 50 generasi.
Eksperimen ini menunjukkan bahwa diazotrofi (fiksasi nitrogen) merupakan karakteristik organisme prokariotik, dan gen nif tidak mampu mengatasi penghalang yang memisahkan prokariota dan eukariota karena strukturnya yang terlalu rumit dan regulasi oleh gen yang terletak di luar wilayah nif. Mungkin lebih berhasil untuk mentransfer gen nif menggunakan plasmid Ti ke dalam kloroplas, karena mekanisme ekspresi gen dalam kloroplas dan sel prokariotik serupa. Bagaimanapun, nitrogenase harus dilindungi dari efek penghambatan oksigen. Selain itu, fiksasi nitrogen di atmosfer merupakan proses yang sangat intensif energi. Kecil kemungkinannya bahwa tanaman yang berada di bawah pengaruh gen nif dapat mengubah metabolismenya secara radikal sehingga menciptakan semua kondisi ini. Meskipun ada kemungkinan bahwa di masa depan, dengan menggunakan metode rekayasa genetika, kompleks nitrogenase yang beroperasi lebih ekonomis dapat dibuat.
Lebih realistis menggunakan metode rekayasa genetika untuk memecahkan masalah berikut: meningkatkan kemampuan rhizobia untuk menjajah tanaman polong-polongan, meningkatkan efisiensi fiksasi dan asimilasi nitrogen dengan mempengaruhi mekanisme genetik, menciptakan mikroorganisme pengikat nitrogen baru dengan memasukkan gen nif ke dalamnya. , mentransfer kemampuan simbiosis dari kacang-kacangan ke tanaman lainnya.
Tujuan utama rekayasa genetika untuk meningkatkan efisiensi fiksasi nitrogen biologis adalah untuk menciptakan strain rhizobia dengan peningkatan fiksasi nitrogen dan kemampuan kolonisasi. Kolonisasi tanaman polong-polongan oleh rhizobia berlangsung sangat lambat, hanya sedikit yang menimbulkan bintil-bintil. Hal ini dikarenakan tempat invasi rhizobia hanya pada satu area kecil antara titik tumbuh akar dan rambut akar terdekat yang sedang dalam tahap pembentukan. Semua bagian lain dari akar dan rambut akar tanaman yang berkembang tidak peka terhadap kolonisasi. Dalam beberapa kasus, bintil yang terbentuk tidak mampu memfiksasi nitrogen, hal ini bergantung pada banyak gen tanaman (setidaknya lima telah diidentifikasi), khususnya pada kombinasi dua gen resesif yang tidak menguntungkan.
Dengan menggunakan metode genetika dan seleksi tradisional, strain rhizobia laboratorium dengan kemampuan kolonisasi lebih tinggi dapat diperoleh. Namun dalam kondisi lapangan mereka mengalami persaingan dengan strain lokal. Peningkatan daya saingnya rupanya bisa dicapai dengan metode rekayasa genetika. Meningkatkan efisiensi proses fiksasi nitrogen dimungkinkan dengan menggunakan teknik rekayasa genetika berdasarkan peningkatan salinan gen, meningkatkan transkripsi gen yang produknya membentuk “hambatan” dalam mekanisme kaskade fiksasi nitrogen, dengan memperkenalkan promotor yang lebih kuat, dll. penting untuk meningkatkan koefisien tindakan yang berguna sistem nitrogenase itu sendiri, yang secara langsung mereduksi molekul nitrogen menjadi amonia.
Meningkatkan efisiensi fotosintesis
Tanaman C4 dicirikan oleh tingkat pertumbuhan dan laju fotosintesis yang tinggi; mereka hampir tidak memiliki fotorespirasi yang terlihat. Sebagian besar tanaman yang tergolong tanaman C3 mempunyai intensitas fotorespirasi yang tinggi. Fotosintesis dan fotorespirasi adalah proses yang terkait erat, yang didasarkan pada aktivitas bifungsional dari enzim kunci yang sama - ribulosa bifosfat karboksilase (RuBPC). Karboksilase RuBP tidak hanya dapat menambahkan CO2, tetapi juga O2, yaitu melakukan reaksi karboksilasi dan oksigenasi. Ketika RuBP teroksigenasi, fosfoglikolat terbentuk, yang berfungsi sebagai substrat utama fotorespirasi - proses pelepasan CO2 dalam cahaya, akibatnya sebagian produk fotosintesis hilang. Rendahnya fotorespirasi pada tanaman C4 bukan disebabkan oleh tidak adanya enzim jalur glikolat, tetapi oleh terbatasnya reaksi oksigenase, serta reasisimilasi fotorespirasi CO2.
Salah satu tantangan yang dihadapi rekayasa genetika adalah mempelajari kemungkinan menciptakan RuBPA dengan aktivitas karboksilase yang dominan.
Memperoleh tanaman dengan sifat baru
Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah menggunakan pendekatan baru untuk memproduksi tanaman transgenik dengan "RNA antisense" (RNA terbalik atau antisense), yang memungkinkan mereka mengontrol pengoperasian gen yang diinginkan. Dalam hal ini, ketika membuat vektor, salinan DNA (c-DNA) dari gen yang disisipkan diputar 180°. Akibatnya, molekul mRNA normal dan molekul terbalik terbentuk di tanaman transgenik, yang, karena komplementaritas mRNA normal, membentuk kompleks dengannya dan protein yang dikodekan tidak disintesis.
Pendekatan ini digunakan untuk memperoleh tanaman tomat transgenik dengan kualitas buah yang lebih baik. Vektor tersebut termasuk c-DNA gen PG, yang mengontrol sintesis poligalakturonase, enzim yang terlibat dalam penghancuran pektin, komponen utama ruang antar sel jaringan tanaman. Produk gen PG disintesis selama periode pemasakan buah tomat, dan peningkatan jumlahnya menyebabkan tomat menjadi lebih lunak, yang secara signifikan mengurangi umur simpannya. Menonaktifkan gen ini pada transgen memungkinkan diperolehnya tanaman tomat dengan khasiat buah baru, yang tidak hanya bertahan lebih lama, namun tanaman itu sendiri lebih tahan terhadap penyakit jamur.
Pendekatan yang sama dapat digunakan untuk mengatur waktu pematangan tomat, dan dalam hal ini gen EFE (enzim pembentuk etilen) digunakan sebagai target, yang produknya adalah enzim yang terlibat dalam biosintesis etilen. Etilen merupakan hormon berbentuk gas yang salah satu fungsinya mengontrol proses pematangan buah.
Strategi konstruksi antisense dapat diterapkan secara luas untuk mengubah ekspresi gen. Strategi ini digunakan tidak hanya untuk memperoleh tanaman dengan kualitas baru, tetapi juga untuk penelitian dasar dalam genetika tanaman. Perlu disebutkan satu lagi arah dalam rekayasa genetika tanaman, yang hingga saat ini terutama digunakan dalam penelitian mendasar - untuk mempelajari peran hormon dalam perkembangan tanaman. Inti dari percobaan ini adalah memperoleh tanaman transgenik dengan kombinasi gen hormonal bakteri tertentu, misalnya hanya iaaM atau ipt, dll. Eksperimen ini berkontribusi kontribusi yang signifikan sebagai bukti peran auksin dan sitokinin dalam diferensiasi tanaman.
Dalam beberapa tahun terakhir, pendekatan ini mulai digunakan dalam seleksi praktis. Ternyata buah tanaman transgenik dengan gen iaaM yang terletak di bawah promotor gen Def (gen yang hanya diekspresikan pada buah) bersifat parthenocarpic, yaitu terbentuk tanpa penyerbukan. Buah-buahan partenokarpik dicirikan oleh tidak adanya biji sama sekali atau jumlah biji yang sangat sedikit, sehingga memungkinkan untuk memecahkan masalah “biji berlebih”, misalnya pada semangka, buah jeruk, dll. Telah diperoleh tanaman zucchini transgenik yang umumnya tidak berbeda dengan tanaman kontrol, tetapi praktis tidak mengandung biji.
Para ilmuwan secara aktif menggunakan Ti-plasmid yang dilucuti, tanpa onkogen, untuk mendapatkan mutasi. Metode ini disebut mutagenesis penyisipan T-DNA. T-DNA, yang diintegrasikan ke dalam genom tanaman, mematikan gen yang menjadi tempat integrasinya, dan jika fungsinya hilang, mutan dapat dengan mudah dipilih (fenomena pembungkaman - pembungkaman gen). Metode ini juga luar biasa karena memungkinkan gen terkait segera dideteksi dan dikloning. Saat ini, banyak mutasi tanaman baru telah diperoleh dengan cara ini dan gen terkait telah diklon. M. A. Ramenskoy, berdasarkan mutagenesis T-DNA, memperoleh tanaman tomat yang memiliki ketahanan nonspesifik terhadap penyakit busuk daun. Aspek lain dari pekerjaan ini tidak kalah menariknya - tanaman transgenik dengan sifat dekoratif yang diubah telah diperoleh.
Salah satu contohnya adalah menghasilkan tanaman petunia dengan bunga berwarna-warni. Berikutnya adalah mawar biru dengan gen yang mengontrol sintesis pigmen biru, hasil kloning dari delphinium.
Di dunia permainan komputer strategis StarCraft, ras zerg luar angkasa terkenal karena ia telah belajar mengasimilasi materi genetik organisme lain dan mengubah gennya sendiri, mengubah dan beradaptasi dengan kondisi baru. Sekilas, ide fantastis ini jauh lebih dekat dengan kemampuan nyata organisme hidup daripada yang terlihat.
Saat ini kita mengetahui banyak hal tentang DNA: lebih dari dua juta publikasi ilmiah dikhususkan untuk molekul beruntai ganda ini. Molekul DNA dapat dianggap sebagai teks yang ditulis menggunakan alfabet empat huruf (nukleotida). Totalitas semua nukleotida yang membentuk kromosom suatu organisme disebut genom. Genom manusia mengandung sekitar tiga miliar “huruf”.
Masing-masing bagian genom adalah gen yang terisolasi - elemen fungsional yang paling sering bertanggung jawab untuk sintesis protein spesifik. Manusia memiliki sekitar 20.000 gen penyandi protein. Protein, seperti molekul DNA, adalah polimer, tetapi tidak terdiri dari nukleotida, tetapi asam amino. “Alfabet” asam amino yang menyusun protein terdiri dari 20 molekul. Mengetahui urutan nukleotida suatu gen, adalah mungkin untuk secara akurat menentukan urutan asam amino dari protein yang dikodekannya. Faktanya adalah bahwa semua organisme menggunakan hal yang sama (dengan sedikit variasi) yang telah dipelajari dengan baik kode genetik- aturan pencocokan kodon (tiga kali lipat nukleotida) dengan asam amino tertentu. Fleksibilitas ini memungkinkan gen dari satu organisme bekerja di organisme lain dan tetap menghasilkan protein yang sama.
Rekayasa Alam
Salah satu metode utama rekayasa genetika tanaman menggunakan agrobakteri dan mekanisme yang dikembangkannya untuk memodifikasi genom tanaman (lihat PM No. 10 "2005). Gen agrobakteri yang hidup di dalam tanah mengkode protein khusus yang dapat “menyeret” DNA tertentu molekul ke dalam sel tanaman dan mengintegrasikannya ke dalam genom tanaman dan dengan demikian memaksa tanaman untuk menghasilkan nutrisi yang dibutuhkan bakteri. Para ilmuwan meminjam ide ini dan menerapkannya dengan mengganti gen yang dibutuhkan oleh bakteri dengan gen yang mengkode protein yang dibutuhkan dalam sel tanaman. pertanian. Misalnya racun Bt yang dihasilkan oleh bakteri tanah Bacillus thuringiensis, benar-benar aman bagi mamalia dan beracun bagi beberapa serangga, atau protein yang memberikan ketahanan tanaman terhadap herbisida tertentu.
Pertukaran gen bakteri, bahkan yang tidak berkerabat, merupakan fenomena yang sangat umum. Karena itulah mikroba yang resisten terhadap penisilin muncul hanya beberapa tahun setelah dimulainya penggunaan massal, dan saat ini masalah resistensi antibiotik telah menjadi salah satu masalah yang paling mengkhawatirkan dalam dunia kedokteran.
Dari virus hingga organisme
“Rekayasa genetika” alami tidak hanya melibatkan bakteri, tetapi juga virus. Genom banyak organisme, termasuk manusia, mengandung transposon - bekas virus yang telah lama diintegrasikan ke dalam DNA inang dan, sebagai suatu peraturan, tanpa membahayakan inangnya, dapat “melompat” dari satu tempat dalam genom ke tempat lain.
Retrovirus (seperti HIV) mampu memasukkan materi genetiknya langsung ke dalam genom sel eukariotik (misalnya sel manusia). Adenovirus tidak mengintegrasikannya informasi genetik ke dalam genom hewan dan tumbuhan: gen mereka dapat diaktifkan dan bekerja tanpanya. Virus ini dan virus lainnya secara aktif digunakan dalam terapi gen untuk mengobati berbagai macam penyakit keturunan.
Dengan demikian, rekayasa genetika alami sangat banyak digunakan di alam dan berperan besar dalam adaptasi organisme terhadap lingkungan. Lebih penting lagi, semua organisme hidup terus-menerus mengalami perubahan genetik melalui mutasi acak. Kesimpulan penting berikut ini: pada kenyataannya, setiap organisme (kecuali klon) adalah unik dan dimodifikasi secara genetik dibandingkan dengan nenek moyangnya. Dia memiliki mutasi baru dan kombinasi baru dari varian gen yang sudah ada sebelumnya - lusinan varian genetik ditemukan dalam genom anak mana pun yang tidak dimiliki oleh orang tuanya. Selain munculnya mutasi baru, juga terjadi reproduksi seksual pada setiap generasi kombinasi baru varian genetik yang sudah ada pada orang tuanya.
Diuji dalam eksperimen
Saat ini, keamanan produk pangan yang mengandung organisme hasil rekayasa genetika (GMO) sedang ramai dibicarakan. Untuk produk rekayasa genetika yang dilakukan oleh manusia, istilah “organisme yang dimodernisasi secara genetik” lebih cocok, karena rekayasa genetika memungkinkan untuk mempercepat proses perubahan genetik yang terjadi secara independen di alam dan mengarahkannya ke arah yang diinginkan oleh manusia. . Namun, tidak ada perbedaan yang signifikan antara mekanisme modernisasi genetik dan proses alami modifikasi genetik, sehingga dapat diasumsikan bahwa produksi pangan hasil rekayasa genetik tidak menimbulkan risiko tambahan.
Namun, seperti hipotesis ilmiah lainnya, keamanan GMO memerlukan verifikasi eksperimental. Bertentangan dengan banyak klaim yang dilontarkan para penentang GMO, isu ini telah dipelajari dengan sangat hati-hati selama beberapa dekade. Tahun ini di majalah Ulasan kritis dalam bioteknologi Sebuah tinjauan terhadap hampir 1.800 makalah ilmiah yang meneliti keamanan GMO selama sepuluh tahun terakhir telah diterbitkan. Hanya tiga penelitian yang menimbulkan kecurigaan dampak negatif tiga varietas GM tertentu, namun kecurigaan ini tidak berdasar; dalam dua kasus lagi, potensi alergenisitas varietas GM diketahui. Satu-satunya kasus yang dikonfirmasi melibatkan gen kacang Brazil yang dimasukkan ke dalam varietas kedelai transgenik. Standar dalam kasus seperti itu, pengujian reaksi serum darah orang yang menderita alergi terhadap protein varietas GM baru menunjukkan adanya bahaya, dan pengembang menolak untuk mempromosikan varietas tersebut ke pasar.
Selain itu, perlu disebutkan secara terpisah ulasan tahun 2012 yang diterbitkan di jurnal tersebut Toksikologi Makanan dan Kimia, yang mencakup 12 penelitian tentang keamanan konsumsi GMO dalam makanan pada beberapa (dari dua hingga lima) generasi hewan dan 12 penelitian pada hewan lainnya tentang konsumsi GMO dalam makanan dalam jangka panjang (dari tiga bulan hingga dua tahun). Penulis tinjauan tersebut menyimpulkan bahwa tidak ada efek negatif GMO (dibandingkan dengan analog non-modern).
Pengungkapan skandal
Keingintahuan muncul seputar beberapa karya yang diduga menunjukkan bahayanya varietas tanaman GM tertentu. Contoh khas yang suka dikutip oleh para penentang GMO adalah publikasi sensasional peneliti Perancis Séralini di jurnal Toksikologi Makanan dan Kimia, yang menyatakan bahwa jagung transgenik menyebabkan kanker dan meningkatkan kematian pada tikus. Di komunitas ilmiah, karya Seralini menimbulkan diskusi hangat, namun bukan karena peneliti memperoleh dan mempublikasikan beberapa data unik. Alasannya adalah, dari sudut pandang ilmiah, pekerjaan tersebut dilakukan dengan sangat ceroboh dan mengandung kesalahan besar yang terlihat pada pandangan pertama.
Meski demikian, foto-foto tikus dengan tumor besar yang dibuat oleh Séralini memberikan kesan yang sangat besar di mata publik. Terlepas dari kenyataan bahwa artikelnya tidak tahan terhadap kritik obyektif dan ditarik dari jurnal, artikel tersebut terus dikutip oleh para penentang GMO, yang jelas-jelas tidak tertarik dengan sisi ilmiah dari masalah tersebut, dan foto-foto tikus yang sakit masih ditampilkan. layar.
Diskusi ilmiah mengenai potensi bahaya GMO di media dan masyarakat secara keseluruhan sangatlah naif. Di rak-rak toko Anda dapat menemukan pati, garam, dan bahkan air “non-transgenik”. GMO selalu dikacaukan dengan bahan pengawet, pestisida, pupuk sintetis, dan lain-lain aditif makanan, yang rekayasa genetikanya tidak berhubungan langsung. Diskusi-diskusi seperti ini mengalihkan permasalahan keamanan pangan yang sebenarnya ke dalam ranah spekulasi dan substitusi konsep.
Bahaya - nyata dan tidak
Namun, baik artikel ini maupun karya ilmiah lainnya tidak mencoba membuktikan bahwa GMO “benar-benar aman”. Faktanya, tidak ada produk makanan yang benar-benar aman, karena Paracelsus mengucapkan ungkapan terkenal: “Segala sesuatunya beracun, dan tidak ada yang beracun; Hanya satu dosis saja yang membuat racunnya tidak terlihat.” Bahkan kentang biasa pun dapat menyebabkan alergi, dan kentang hijau mengandung alkaloid beracun - solanin.
Dapatkah fungsi gen tanaman yang ada berubah akibat penyisipan gen baru? Ya, bisa saja, tetapi tidak ada organisme yang kebal dari perubahan fungsi gen. Bisakah rekayasa genetika menghasilkan varietas tanaman baru yang akan menyebar ke luar lahan pertanian dan mempengaruhi ekosistem? Secara teoritis, hal ini mungkin terjadi, namun hal ini juga terjadi di mana pun di alam: spesies baru muncul, ekosistem berubah, beberapa spesies punah, dan spesies lain menggantikannya. Namun, tidak ada alasan untuk percaya bahwa rekayasa genetika menimbulkan risiko tambahan terhadap lingkungan atau kesehatan manusia atau hewan. Namun risiko ini terus-menerus diberitakan di media. Mengapa?
Pasar GMO sebagian besar dimonopoli. Di antara para raksasa, Monsanto menempati posisi pertama. Tentu saja produsen besar Benih dan teknologi rekayasa genetika tertarik pada keuntungan, mereka mempunyai kepentingan dan lobi sendiri. Namun mereka tidak menghasilkan uang begitu saja, melainkan dengan menawarkan teknologi pertanian canggih kepada umat manusia, yang dipilih oleh produsen dengan cara yang paling meyakinkan - dalam dolar, peso, yuan, dll.
Produsen dan pemasok utama produk “organik” yang ditanam menggunakan teknologi yang sudah ketinggalan zaman dan, oleh karena itu, lebih mahal (tetapi kualitasnya tidak lebih tinggi) juga bukanlah petani kecil, melainkan perusahaan besar dengan omset multi-miliar dolar. Di Amerika Serikat saja, pasar produk organik berjumlah $31 miliar pada tahun 2012. Ini adalah bisnis yang serius, dan karena produk organik tidak memiliki keunggulan apa pun dibandingkan produk GMO, namun lebih mahal untuk diproduksi, produk tersebut tidak dapat bersaing dengan varietas GM yang menggunakan produk organik. metode pasar. Jadi, melalui media, kita harus menanamkan ketakutan tak berdasar pada konsumen yang mudah tertipu terhadap mitos “gen Scorpio”, yang menciptakan permintaan akan “produk organik” yang mahal dan berteknologi rendah. Selain itu, penentang GMO, menggambarkan bahaya mengerikan dari varietas hasil rekayasa genetika yang menghasilkan protein B.thuringiensis, mereka biasanya lupa menyebutkan bahwa olahan yang berbahan dasar tanaman atau protein yang diisolasi dari tanaman tersebut diperbolehkan (dan digunakan secara luas) dalam “pertanian organik”. Serta kotoran alami yang dapat menjadi sumber bakteri patogen dan kotoran alami lainnya.
Sedikit politik
Saat ini, rekayasa genetika adalah salah satu teknologi yang paling banyak dipelajari dari sudut pandang keamanan. Hal ini memungkinkan Anda untuk menciptakan produk pangan dengan kualitas lebih tinggi, mengurangi jumlah pestisida yang digunakan di ladang dan melindungi lingkungan (ya, melindungi: lebih banyak serangga dan burung hidup di ladang yang ditanami varietas Bt dibandingkan di ladang “biasa”, yang harus dipelihara secara teratur. diobati dengan insektisida).
Namun ada alasan lain untuk “perjuangan” melawan GMO - murni politis. Negara-negara yang sangat tertinggal dalam bidang bioteknologi berusaha mencari alasan untuk mencegah produk-produk murah dari negara lain memasuki pasar mereka. Namun, perlindungan terhadap produsen dalam negeri dari produk asing hanya masuk akal jika hal itu membantu mengulur waktu untuk mengembangkan teknologi mereka sendiri ke tingkat yang kompetitif. Jika hal ini tidak dilakukan, terdapat risiko besar untuk tertinggal dari tingkat ilmu pengetahuan dan teknologi dunia. Selamanya.
PERPUSTAKAAN ILMIAH - ABSTRAK - Modifikasi gen
Modifikasi gen
Ahli genetika dan pemulia mendiskusikan masalah paling kompleks dalam pemuliaan tanaman dan hewan, penggunaan teknologi genetika dalam pengobatan, dan keamanan produk rekayasa genetika.
1. Rekayasa genetika
Rekayasa genetika adalah cabang genetika molekuler yang terkait dengan penciptaan kombinasi baru materi genetik yang ditargetkan. Dasar dari rekayasa genetika terapan adalah teori gen. Materi genetik yang diciptakan mampu berkembang biak di dalam sel inang dan mensintesis produk metabolisme akhir.
Rekayasa genetika dimulai pada tahun 1972 di Universitas Stanford di Amerika. Kemudian laboratorium P. Berg memperoleh DNA rekombinan (hibrida) pertama atau (recDNA). Ini menggabungkan fragmen DNA fag lambda, Escherichia coli dan virus simian SV40.
Struktur DNA rekombinan. DNA hibrida berbentuk cincin. Ini berisi gen (atau gen) dan vektor. Vektor adalah fragmen DNA yang memastikan reproduksi DNA hibrid dan sintesis produk akhir sistem genetik - protein. Sebagian besar vektor berasal dari fag lambda, plasmid, virus SV40, polioma, ragi dan bakteri lainnya.
Sintesis protein terjadi di sel inang. Sel inang yang paling umum digunakan adalah Escherichia coli, tetapi bakteri lain, ragi, hewan atau sel tumbuhan. Sistem vektor-host tidak bisa sembarangan: vektor disesuaikan dengan sel host. Pemilihan vektor tergantung pada kekhususan spesies dan tujuan penelitian.
Dua enzim adalah kunci untuk pembangunan DNA hibrid. Yang pertama - enzim restriksi - memotong molekul DNA menjadi fragmen-fragmen di lokasi yang ditentukan secara ketat. Dan yang kedua - ligase DNA - menjahit fragmen DNA menjadi satu kesatuan. Hanya setelah isolasi enzim-enzim tersebut barulah penciptaan struktur genetik buatan menjadi tugas yang layak secara teknis.
Tahapan sintesis gen. Gen yang akan dikloning dapat diperoleh dalam bentuk fragmen dengan pencernaan enzim mekanis atau restriksi dari total DNA. Tetapi gen struktural, sebagai suatu peraturan, harus disintesis secara kimia dan biologis, atau diperoleh dalam bentuk salinan DNA dari messenger RNA yang sesuai dengan gen yang dipilih. Gen struktural hanya berisi catatan produk akhir yang dikodekan (protein, RNA), dan sama sekali tidak memiliki wilayah pengatur. Oleh karena itu, gen-gen ini tidak dapat berfungsi di sel inang.
Ketika recDNA diperoleh, beberapa struktur paling sering terbentuk, dan hanya satu yang diperlukan. Oleh karena itu, langkah wajib adalah seleksi dan kloning molekuler recDNA yang dimasukkan melalui transformasi ke dalam sel inang.
Ada 3 cara seleksi recDNA: genetik, imunokimia dan hibridisasi dengan label DNA dan RNA.
Sebagai hasil dari pengembangan intensif metode rekayasa genetika, klon dari banyak gen telah diperoleh: ribosom, transpor dan RNA 5S, histon, tikus, kelinci, globin manusia, kolagen, ovalbumin, insulin manusia dan hormon peptida lainnya, interferon manusia, dll. Hal ini memungkinkan terciptanya strain bakteri yang menghasilkan banyak zat aktif biologis yang digunakan dalam pengobatan, pertanian, dan industri mikrobiologi.
Berdasarkan rekayasa genetika, muncullah cabang industri farmasi yang disebut “industri DNA”. Ini adalah salah satu cabang bioteknologi modern.
Tidak ada keraguan bahwa pencarian ahli genetika menjanjikan kesembuhan seseorang dari banyak penyakit. Rekayasa genetika sudah mulai digunakan secara aktif dalam onkologi, dengan obat-obatan yang secara khusus ditujukan untuk melawan tumor tertentu sedang dibuat. Para ilmuwan telah mampu mengidentifikasi gen yang mempengaruhi perkembangan diabetes, yang berarti bahwa prospek baru telah muncul dalam pengobatan penyakit serius ini. Insulin manusia (humulin), diperoleh dengan menggunakan recDNA, disetujui untuk penggunaan terapeutik. Selain itu, berdasarkan banyak mutan pada gen individu yang diperoleh selama penelitian, sistem pengujian yang sangat efektif telah diciptakan untuk mengidentifikasi aktivitas genetik faktor lingkungan, termasuk identifikasi senyawa karsinogenik.
Dalam waktu singkat, rekayasa genetika berdampak besar pada perkembangan metode genetika molekuler dan memungkinkan kemajuan yang signifikan dalam jalur pengetahuan tentang struktur dan fungsi peralatan genetik. Rekayasa genetika memiliki potensi besar dalam pengobatan penyakit keturunan, yang hingga saat ini telah terdaftar sekitar 2000. Rekayasa genetika dirancang untuk membantu memperbaiki kesalahan alam.
Di sisi lain, teknologi genetika telah memunculkan permasalahan baru terkait kemungkinan kloning makhluk hidup, termasuk manusia. Komunitas ilmiah global mengakui bahwa mengkloning individu manusia yang identik secara teknis mungkin dilakukan. Namun pertanyaan apakah umat manusia memerlukan upaya semacam itu masih terbuka. Telah terbukti bahwa dalam 99 persen kasus terdapat risiko kelainan bawaan - yang berarti eksperimen semacam itu pada manusia tidak dapat diterima.
Namun, teknologi genetik baru berdasarkan transgenesis dan kloning juga berperan peran penting dalam penciptaan varietas tanaman dan ras hewan yang sangat produktif. Pada saat yang sama, masalah keamanan genetik dan masalah moral dan hukum mengemuka.
Di Rusia, semua penelitian kloning hanya dilakukan pada hewan. Diskusi sengit sedang terjadi di seluruh dunia - termasuk di Rusia - seputar produk ilmu pengetahuan modern lainnya: makanan hasil rekayasa genetika.
2. Apakah modifikasi genetik aman?
Pencipta produk rekayasa genetika mengklaim bahwa produk tersebut sepenuhnya aman. Pendukung penggunaannya secara luas yakin bahwa penelitian bertahun-tahun telah membuktikan tidak berbahayanya produk tersebut. Penentang yakin sebaliknya.
Belum terbukti produk tersebut aman bagi manusia. Banyak jenis produk rekayasa genetika dilarang untuk digunakan pada tahap akhir percobaan karena merupakan alergen yang kuat.
Apakah para skeptis yang menyatakan bahwa makanan transgenik itu berbahaya? Atau mungkin mereka akan menjadi makanan kita di abad ke-21?
Sekitar 30 tahun yang lalu, percobaan pertama dalam modifikasi genetik tanaman dilakukan. Misalnya, Anda dapat mengambil satu gen dari satu hewan atau tumbuhan dan memasukkannya ke hewan atau tumbuhan lain. Dengan cara ini misalnya, Anda bisa mendapatkan kentang yang tahan terhadap pestisida.
Makanan hasil rekayasa genetika tidak hanya diciptakan, tetapi juga dikonsumsi secara aktif.
Dalam perkembangbiakan tradisional, persilangan terjadi dalam satu spesies. Bahkan tomat telah dikembangkan melalui pembiakan selektif. Namun, selama seleksi, terjadi pertukaran antar individu dalam spesies yang sama. Dan rekayasa genetika memungkinkan terciptanya DNA baru dan memanipulasinya. Misalnya, jika gen kunang-kunang dimasukkan ke dalam DNA tembakau, bunga tembakau akan mulai bersinar jika perlu disiram. Hal ini tidak dapat dicapai melalui metode seleksi!
Para pengunjuk rasa menaruh perhatian besar pada proses negatif dari teknik ini. Namun tidak ada yang berpendapat bahwa produk rekayasa genetika perlu diuji!
Para pendukung industri bioteknologi berpendapat bahwa semua proses yang melibatkan produk rekayasa genetika dikontrol dengan ketat.
Analisis tanaman biasa dan transgenik dilakukan. Para ilmuwan harus membuktikan kepada pengawas bahwa produk makanan tidak berbeda kualitasnya.
Pengujian produk melalui tahapan sebagai berikut:
1. Perbandingan struktur dan komposisi kimia tumbuhan biasa dan tanaman transgenik.
2. Diperlukan bukti bahwa mengonsumsi produk baru tidak membahayakan kesehatan manusia.
Kedelai transgenik (tahan herbisida) telah dimasukkan dalam makanan yang kita konsumsi dalam beberapa tahun terakhir.
Apakah protein baru itu beracun? Protein tersebut diuji toksisitasnya selama beberapa tahun. Tikus tersebut diberi dosis 1000 kali lebih tinggi dibandingkan dosis yang dikonsumsi manusia. Para ilmuwan berpendapat bahwa tidak ada sesuatu yang berbahaya bagi tubuh manusia yang telah diidentifikasi.
Bagaimana protein baru dicerna? Protein yang dibuat secara artifisial direndam dalam larutan yang memiliki komposisi media yang mirip dengan usus. Semakin cepat produk dicerna, semakin baik.
Eksperimen menunjukkan bahwa protein baru ini bukanlah alergen. Ada cara lain untuk menguji protein yang telah dibuat. Jika gagal dalam pengujian, maka akan dimusnahkan. Namun, protein kedelai transgenik berhasil lulus uji! Sebanyak 1.800 pengujian dilakukan, yang menunjukkan bahwa tidak ada yang salah dengan kedelai tersebut.
Sistem pengujian berfungsi. Anda hanya perlu mengikuti metodologinya, kata para ilmuwan.
Namun mereka yang skeptis percaya bahwa ilmu pengetahuan masih terlalu sedikit untuk mengatakan bahwa “segala sesuatunya terkendali.” Organisme hidup sangatlah kompleks sehingga hampir mustahil untuk memprediksi perilakunya.
Namun cara pemuliaan tradisional tidak selalu aman. Sebaliknya, dalam rekayasa genetika, jalur pengenalan gen sudah diketahui secara pasti. Sekali lagi, mereka yang skeptis yakin bahwa rekayasa genetika dengan menggunakan metode baru berisiko menyebabkan kerusakan alam yang tidak dapat diperbaiki. Lawan mereka mengatakan seleksi juga berbahaya, karena ini tidak berhubungan dengan satu, tetapi dengan beberapa gen! Oleh karena itu, hasil seleksi bahkan lebih tidak dapat diprediksi!
Hal terburuknya adalah sekitar 30 tahun yang lalu mereka bereksperimen dengan gen tanpa memahami apa yang mereka lakukan!
Penentangan terhadap makanan hasil rekayasa genetika lebih kuat di Eropa dibandingkan di negara lain di dunia. Baru-baru ini, pengenalan produk transgenik sangatlah sulit: sekitar 2000 produk tersebut diperkenalkan di Inggris, dan sekarang hanya tersisa kurang dari 100!
3. Contoh modifikasi genetik
Organisasi publik di Eropa menyerukan pemusnahan tanaman transgenik. Tumbuhan aneh diproduksi dengan menanamkan gen hewan ke dalamnya. Para pemerhati lingkungan menentang teknologi ini, dan masyarakat bersikap arogan dan meremehkan produk rekayasa genetika.
3.1 Pembesaran tongkol jagung
Meksiko memiliki tanah yang buruk, sehingga hasil jagungnya sangat buruk. Para ilmuwan ditugaskan untuk memperbesar ukuran tongkol jagung. Sebagai hasil penelitian, sebuah gen ditanamkan pada jagung yang menetralkan garam aluminium dan melarutkan fosfat, hal ini memungkinkan tanaman untuk berkembang sepenuhnya di tanah yang diusulkan.
Hasil panennya dijanjikan 2 kali lebih besar, namun pemerintah, di bawah tekanan organisasi lingkungan, melarang penelitian ini. Para ahli ekologi mengabaikan hasil percobaan tersebut. Penentang rekayasa genetika percaya bahwa eksperimen semacam itu berbahaya bagi lingkungan, berbahaya bagi kesehatan, dan pada akhirnya menyebabkan bencana lingkungan. Lagi pula, tidak ada yang bisa menjamin bahwa metode ini tidak akan menyebabkan munculnya serangga dan gulma baru!
3.2 Perlindungan kapas
Universitas Arizona. Para ilmuwan berupaya meningkatkan hasil kapas. Tanaman ini terserang serangan ulat kotak berwarna merah muda. Jika populasi hama banyak, hasil panen kapas akan anjlok!
Penting untuk memasukkan gen ke dalam tanaman kapas yang akan membunuh ulat kapas. Selama 40 tahun terakhir, tanaman telah disemprot dengan bahan kimia untuk membunuh serangga. Baik manusia maupun hewan menderita. Mereka mencoba menanamkan gen bakteri ke dalam kapas. Protein telah muncul di daun tanaman, yang beracun bagi cacing. Jadi, tidak perlu melindungi tanaman dengan bahan kimia!
Hasilnya, diperoleh ratusan hektar tanaman beracun yang melindungi diri dari serangga berbahaya. Sekali lagi, waktu akan berlalu, dan hama akan terbiasa dan mengembangkan kekebalan!
Namun bukan hanya kumbang—hama yang menimbulkan kekhawatiran! Para pemerhati lingkungan takut akan munculnya gulma yang resisten, dan itu berarti tidak akan ada jalan keluar dari gulma yang resisten terhadap bahan kimia. Bagaimanapun, lebah dapat menyebarkan serbuk sari sejauh beberapa kilometer, dan tanaman ini akan memenuhi seluruh area. Namun terdapat bukti bahwa pada jarak 15 m penyerbukan tidak lagi terjadi. Bahkan jika serbuk sari tanaman yang dimodifikasi dapat menempuh jarak tertentu, ia harus kawin silang dengan spesiesnya. Kemampuan bertahan hidup super tidak mudah untuk dipertahankan...
3.3 Nasi dengan vitamin “A”
Asia. 100 juta anak tidak menerima vitamin A, yang diperlukan untuk penglihatan yang baik. Faktanya, makanan utama masyarakat termiskin adalah nasi. Anak-anak menjadi buta karena kekurangan vitamin A!
Tugas mulianya adalah segera menanam padi yang mengandung vitamin “A” dan menanami ladang dengan vitamin tersebut di negara-negara terbelakang. Bagaimana ini mungkin? Narcissus adalah tanaman beracun. Penting untuk mengambil 2 gen darinya dan memasukkannya ke dalam beras, yang dalam hal ini akan mengandung vitamin “A”!
4. Kengerian modifikasi genetika
Gen hati manusia ditambahkan ke nasi! Para ilmuwan telah mulai menambahkan gen manusia ke dalam beras dalam upaya membawa makanan hasil rekayasa genetika ke tingkat berikutnya.
Para peneliti memperkenalkan gen ke dalam beras, yang berasal dari hati manusia, yang menghasilkan enzim yang membantu memecah zat berbahaya unsur kimia dalam tubuh manusia. Mereka berharap enzim – CYP2B6 – akan melakukan hal yang sama terhadap herbisida dan polutan ketika dicampur dengan beras.
Namun penentang makanan hasil rekayasa genetika mengatakan penggunaan gen manusia akan mematikan konsumen yang muak dengan gagasan kanibalisme dan ilmuwan yang mengambil alih fungsi Tuhan. Sue Mayer, dari organisasi GeneWatch di Inggris, mengatakan: "Saya rasa tidak ada orang yang mau membeli beras ini." “Masyarakat telah menyatakan rasa jijik mereka terhadap penggunaan gen manusia dan kegelisahan mereka karena merasa bahwa industri bioteknologi tidak mendengarkan mereka. Hal ini akan semakin menggoyahkan kepercayaan diri mereka.”
Biasanya, ketika tanaman dimodifikasi secara genetik, gen yang diperoleh dari bakteri digunakan. Tanaman ini hanya resisten terhadap satu jenis herbisida, artinya petani dapat merawat lahannya sesering mungkin untuk mengendalikan hama, namun hanya dengan satu jenis bahan kimia. Tujuan penambahan gen manusia pada padi adalah untuk menciptakan tanaman yang tahan terhadap beberapa jenis herbisida.
Para peneliti di Institut Ilmu Pertanian Nasional di Tsukuba Jepang telah menemukan bahwa beras jenis baru dapat resisten terhadap 14 jenis herbisida yang berbeda. Profesor Richard Meylan, yang melakukan penelitian serupa di Purdue Institute di Indiana, mengatakan bahwa padi tersebut dapat ditanam di tanah yang jenuh dengan polusi industri. Ia menggunakan gen kelinci dalam penelitiannya, namun menurutnya tidak ada alasan mengapa gen manusia tidak boleh digunakan. Dia mengatakan pembicaraan tentang "makanan Frankenstein" adalah omong kosong dan menambahkan: "Saya tidak berpikir pertimbangan etis ada hubungannya dengan penggunaan gen manusia dalam rekayasa genetika untuk menanam makanan."
Produksi beras menurun di seluruh dunia dan terdapat perlombaan untuk menemukan cara meningkatkan hasil beras, serta varietas beras baru yang tahan virus, rendah alergen, dan rendah protein.
Namun, Institute of Science yang merupakan kelompok penentang modifikasi genetik mengatakan bahwa enzim CYP2B6 dapat mempengaruhi manusia, menyebabkan terciptanya virus atau jenis kanker baru.
Mereka menambahkan: “Para pendukung modifikasi genetik dan negara-negara penghasil beras besar sedang meneliti dan mempromosikan beras hasil rekayasa genetika tanpa memperhatikan keamanan atau prospek jangka panjang.”
Kesimpulan
Mereka yang skeptis tidak yakin apa yang bisa dipecahkan oleh teknologi genetika masalah sosial. Impian pemerataan pangan di seluruh dunia adalah mimpi yang utopis.
Penentangan terhadap makanan hasil rekayasa genetika lebih kuat di Eropa dibandingkan di negara lain di dunia. Pencipta produk rekayasa genetika mengklaim bahwa produk tersebut sepenuhnya aman. Sebaliknya, para penentang modifikasi genetik menganggapnya sebagai “kotak Pandora” dengan konsekuensi yang tidak dapat diprediksi.
Jelas terlihat bahwa dalam beberapa dekade mendatang genetika masih akan menghadirkan banyak kejutan bagi umat manusia, menimbulkan banyak sensasi - khayalan dan nyata, dan kontroversi bahkan skandal akan berkecamuk di sekitarnya. Masyarakat dengan mudah mendengar orang-orang yang takut akan segala sesuatu yang baru, namun bahaya dari ponsel tidak kalah pentingnya!
Hal utama adalah bahwa semua keributan ini tidak terlalu mengganggu kerja serius para ilmuwan di salah satu bidang ilmiah yang paling menarik dan menjanjikan.
Kamus terminologi
Rekayasa genetika- praktik mengubah program genetik sel germinal dengan sengaja untuk memberikan sifat baru pada bentuk asli organisme atau menciptakan bentuk organisme baru yang mendasar. Metode utama rekayasa genetika terdiri dari mengekstraksi gen atau sekelompok gen dari sel suatu organisme, menggabungkannya dengan molekul asam nukleat tertentu dan memasukkan molekul hibrida yang dihasilkan ke dalam sel organisme lain.
Perlindungan biologis- dalam rekayasa genetika - penciptaan dan penggunaan kombinasi bahan biologis yang aman bagi manusia dan objek lingkungan, yang sifat-sifatnya mengecualikan kelangsungan hidup organisme hasil rekayasa genetika yang tidak diinginkan di lingkungan dan/atau transfer informasi genetik kepada mereka
Bioteknologi- dalam arti luas - garis batas antara biologi dan teknologi disiplin ilmu dan bidang praktik yang mempelajari cara dan metode perubahan mengelilingi seseorang lingkungan alam sesuai dengan kebutuhannya.
Bioteknologi- dalam arti sempit - seperangkat metode dan teknik untuk memperoleh produk dan fenomena yang berguna bagi manusia dengan bantuan agen biologis. Bioteknologi mencakup rekayasa genetika, seluler, dan lingkungan
Pelepasan organisme hasil rekayasa genetika ke lingkungan- tindakan atau kelambanan yang mengakibatkan masuknya organisme hasil rekayasa genetika ke lingkungan.
Kegiatan rekayasa genetika- kegiatan yang dilakukan dengan menggunakan metode rekayasa genetika dan organisme hasil rekayasa genetika.
Organisme hasil rekayasa genetika- suatu organisme atau beberapa organisme, segala formasi non-seluler, uniseluler, atau multiseluler: - mampu bereproduksi atau menularkan materi genetik herediter; - berbeda dengan organisme alami; - diperoleh dengan menggunakan metode rekayasa genetika; dan - mengandung bahan rekayasa genetika.
Diagnostik gen- dalam rekayasa genetika - seperangkat metode untuk mengidentifikasi perubahan struktur genom.
Sistem tertutup- dalam rekayasa genetika- suatu sistem kegiatan rekayasa genetika di mana modifikasi genetik dimasukkan ke dalam suatu organisme atau organisme hasil rekayasa genetika, diproses, dibudidayakan, disimpan, digunakan, diangkut, dimusnahkan atau dikubur dalam kondisi adanya hambatan fisik, kimia dan biologi atau kombinasinya, mencegah kontak organisme hasil rekayasa genetika dengan populasi dan lingkungan.
Sistem terbuka- dalam rekayasa genetika- suatu sistem untuk melakukan kegiatan rekayasa genetika, yang melibatkan kontak organisme hasil rekayasa genetika dengan populasi dan lingkungan selama pelepasannya dengan sengaja ke lingkungan, digunakan untuk tujuan medis, selama ekspor dan impor, selama transfer teknologi.
Organisme transgenik- hewan, tumbuhan, mikroorganisme, virus, yang program genetiknya diubah dengan menggunakan metode rekayasa genetika.
Perlindungan fisik- dalam rekayasa genetika- penciptaan dan penggunaan sarana dan teknik teknis khusus yang mencegah pelepasan organisme hasil rekayasa genetika ke lingkungan dan/atau transfer informasi genetik kepada organisme tersebut.
literatur
1. Maniatis T., Metode rekayasa genetika, M., 1984;
2. Sumber Rekayasa Genetika #"#">#"#">Rubricon
Organisme hasil rekayasa genetika - suatu organisme atau beberapa organisme, segala bentuk non-seluler, uniseluler, atau multiseluler: - mampu mereproduksi atau mewariskan materi genetik herediter; - berbeda dengan organisme alami; - diperoleh dengan menggunakan metode rekayasa genetika; dan - mengandung bahan rekayasa genetika.
Fag sama dengan bakteriofag. ...fag (dari bahasa Yunani Phagos - pemakan) adalah bagian dari kata kompleks yang artinya sesuai dengan kata "makan", "menyerap" (misalnya, bakteriofag).
Bioteknologi adalah seperangkat metode dan teknik untuk memperoleh produk dan fenomena yang berguna bagi manusia dengan menggunakan agen biologis. Bioteknologi mencakup rekayasa genetika, seluler, dan lingkungan.
Genetika telah mengembangkan kedelai yang mencegah rambut rontok. Di Jepang, varietas kedelai hasil rekayasa genetika telah dikembangkan yang merangsang pertumbuhan rambut dan mencegah rambut rontok akibat kemoterapi. Jika keamanan produk baru ini sudah dipastikan, maka untuk menyelamatkan diri dari kebotakan, Anda hanya perlu memakan kacang ini secara berkala, kata ketua kelompok penelitian Universitas Kyoto, Profesor Massaki Yoshikawa, pada hari Rabu. Sifat ajaib dari tanaman biji-bijian diberikan oleh komponen yang diturunkan secara genetik (novokinin), yang memiliki efek antihipertensi. Itu berasal dari komposisi asam amino putih telur. Menurut para ilmuwan, komponen ini meningkatkan pertumbuhan rambut dengan melebarkan pembuluh darah dan menormalkan sirkulasi darah. Efektivitas kacang ini dikonfirmasi dalam percobaan pada tikus yang dicukur dan kemudian diberi makan kacang yang dimodifikasi dengan dosis seperseribu miligram zat antihipertensi per gram berat badan. Dilaporkan bahwa pemulihan bulu berlangsung dengan kecepatan yang dipercepat, dan setelah dosis ditingkatkan, rambut tikus berhenti rontok, bahkan sebagai akibat dari kemoterapi. Para ahli mengatakan kacangnya juga bisa digunakan sebagai obat biasa untuk tekanan darah tinggi. 13 April 2005
Modifikasi genetis ( GM) - mengubah genom suatu organisme hidup dengan menggunakan teknologi rekayasa genetika, dengan memperkenalkan satu atau lebih gen yang diambil dari satu organisme donor ke organisme donor lainnya. Setelah introduksi (pemindahan) tersebut, tanaman yang dihasilkan akan disebut tanaman hasil rekayasa genetika atau transgenik. Berbeda dengan pemuliaan tradisional, genom asli tanaman hampir tidak terpengaruh dan tanaman menerima karakteristik baru yang sebelumnya tidak dimilikinya. Ciri-ciri (karakteristik, sifat) tersebut antara lain: ketahanan terhadap berbagai faktor lingkungan (terhadap embun beku, kekeringan, kelembaban, dll.) terhadap penyakit, terhadap hama serangga, peningkatan sifat pertumbuhan, ketahanan terhadap herbisida, pestisida. Terakhir, para ilmuwan dapat mengubah sifat nutrisi tanaman: rasa, aroma, kandungan kalori, waktu penyimpanan. Menggunakan rekayasa genetika Hasil panen dapat ditingkatkan, dan hal ini sangat penting mengingat populasi dunia terus bertambah setiap tahunnya dan jumlah orang yang kelaparan di negara-negara berkembang juga semakin meningkat.
Dengan pemuliaan tradisional, varietas baru hanya dapat diperoleh dalam satu spesies. Misalnya, suatu varietas padi yang benar-benar baru dapat dikembangkan dengan menyilangkan varietas padi yang berbeda satu sama lain. Ini menghasilkan kombinasi hibrida, yang kemudian pemulia hanya memilih bentuk yang dia minati.
Karena hibridisasi terjadi antar tanaman individu, hampir tidak mungkin untuk mengembangkan varietas yang memiliki karakteristik yang kita minati, yang akan diwarisi oleh generasi berikutnya. Penyelesaian permasalahan seperti ini memerlukan waktu yang cukup lama. Jika perlu untuk mengembangkan varietas gandum baru dan agar varietas tersebut memperoleh beberapa karakteristik beras, maka seleksi tradisional tidak berdaya. Itu datang untuk menyelamatkan; ketika digunakan, dimungkinkan untuk mentransfer karakteristik (properti) tertentu ke pabrik percobaan dan semua ini akan dilakukan di tingkat DNA, gen individu. Dengan cara serupa, misalnya, Anda bisa memindahkan gandum gen tahan beku.
Metode modifikasi genetik memungkinkan, setidaknya secara teoritis, untuk mengisolasi gen individu yang bertanggung jawab atas sifat-sifat tertentu organisme hidup dan mencangkokkannya ke organisme yang sama sekali berbeda, sehingga secara signifikan mempersingkat waktu yang diperlukan untuk menciptakan spesies baru. Itulah sebabnya banyak pemulia dan ilmuwan di seluruh dunia menggunakan teknologi ini ketika mengembangkan varietas baru. Saat ini telah dikembangkan beberapa varietas tanaman pertanian komersial yang tahan terhadap pestisida (herbisida), serangga hama dan penyakit. Varietas dengan rasa yang lebih baik dan ketahanan terhadap kekeringan dan embun beku juga telah diperoleh.
Polimerisme adalah interaksi beberapa gen non-alelik yang secara searah mempengaruhi perkembangan sifat yang sama; Derajat manifestasi suatu sifat bergantung pada jumlah gen. Gen polimer ditandai dengan huruf yang sama, dan alel pada lokus yang sama memiliki subskrip yang sama.
Interaksi polimer gen non-alel dapat bersifat kumulatif dan non-kumulatif. Dengan polimerisasi kumulatif (akumulatif), tingkat manifestasi suatu sifat bergantung pada aksi total beberapa gen. Semakin dominan alel gen, semakin menonjol suatu sifat tertentu. Pemisahan F2 menurut fenotipe pada persilangan dihibrid terjadi dengan perbandingan 1:4:6:4:1, dan secara umum sesuai dengan persilangan ketiga, kelima (dengan persilangan dihibrid), ketujuh (dengan persilangan trihibrid), dan seterusnya. garis pada segitiga Pascal.
Dengan polimerisasi non-kumulatif, sifat tersebut memanifestasikan dirinya dengan adanya setidaknya satu alel dominan dari gen polimer. Jumlah alel dominan tidak mempengaruhi derajat ekspresi sifat tersebut. Pemisahan F2 menurut fenotipe pada persilangan dihibrid adalah 15:1.
Contoh polimerisasi adalah pewarisan warna kulit pada manusia, yang (pada perkiraan pertama) bergantung pada empat gen dengan efek kumulatif.
Gen pengubah
Sebuah gen yang tidak memiliki ekspresi sendiri dalam fenotipnya, tetapi memiliki efek meningkatkan atau melemahkan ekspresi gen lain (masing-masing, gen intensifier
20. Teori kromosom dan sejarah penciptaannya.
21. Mekanisme pewarisan jenis kelamin. Pengaruh faktor lingkungan internal dan eksternal terhadap perkembangan karakteristik gender.
22. Warisan sifat-sifat terpaut seks.
Semua organisme biseksual memiliki dua jenis kromosom. Tipe pertama adalah autosom (kromosom non-seks). Mereka sama pada organisme betina dan jantan. Tipe kedua adalah kromosom seks, yang menurutnya ada perbedaan antara organisme berdasarkan jenis kelamin: perempuan memiliki 2 kromosom XX yang identik, laki-laki memiliki XY. Jenis kelamin ini disebut homogametik. Ciri-ciri mamalia, ikan, serangga. Jenis kelamin yang kedua adalah heterogametik, betina XY, jantan XX. Kromosom seks bervariasi ukurannya. Pada sebagian besar organisme, kromosom X mengandung banyak gen, sedangkan kromosom Y mengandung gen tunggal. Hanya pada ikan kromosom Y relatif lebih kaya gen. Jika gen terlokalisasi pada kromosom X, dan kromosom Y secara genetis bersifat internal, maka jenis pewarisan sifat ini disebut pewarisan terpaut seks. Jika gen hanya terdapat pada satu kromosom, dan kromosom kedua bersifat internal, maka organisme tersebut disebut genizigot.
23. Warisan yang dirantai dan penyeberangan
Karena sebagian besar organisme memiliki banyak (beberapa ribu) gen, dan jumlah kromosom terbatas, beberapa gen terletak secara bersamaan pada satu kromosom. Gen-gen yang merupakan bagian dari satu kromosom disebut tertaut dan membentuk kelompok keterkaitan. Mereka diwariskan sebagai satu kesatuan, karena hal ini ditentukan oleh perilaku kromosom selama meiosis. Dalam hal ini pemisahan menurut sifat-sifat yang saling terkait tidak tunduk pada hukum pewarisan mandiri. Jika gen terletak berdekatan satu sama lain, maka gen tersebut selalu terpelihara dalam kombinasi aslinya.
Misalnya AB/ab x ab/ab -> 1 Ab/ab: 1 ab/ab.
Ini adalah kasus yang disebut kopling lengkap, yang jarang terlihat. Yang jauh lebih umum adalah situasi ketika gen terletak agak jauh satu sama lain. Dalam kasus keterkaitan parsial ini, mereka dapat berpisah melalui proses yang disebut pindah silang. Ini adalah jenis lain dari rekombinasi genetik. Pindah silang terjadi pada profase pembelahan meiosis pertama pada saat konjugasi kromosom. Pada saat ini, kromatid kromosom homolog bertukar fragmen materi keturunan, sehingga muncul kombinasi gen baru.
Misalnya, AB/ab x ab/ab → AB/ab: ab/ab: Ab/ab: aB
Jumlah kelas rekombinan (atau crossover) selalu lebih kecil dibandingkan kelas non-rekombinan, dan perbandingan dua kelas dalam setiap kelompok selalu 1:1. Nilai persilangan, dihitung sebagai persentase rekombinan terhadap jumlah total keturunan, merupakan indikator jarak antar gen dan digunakan untuk pemetaan kromosom - lokasi gen pada peta kromosom dalam urutan yang ditentukan secara ketat dan pada jarak tetap. Jarak-jarak tersebut mempunyai sifat aditif, yaitu sebagai berikut. Jika terdapat tiga gen yang tersusun berurutan A-B-C, maka AC = AB + BC. Aditivitas ini jelas menunjukkan linearitas susunan gen pada kromosom.
Jika persilangan antara sejumlah besar gen dipertimbangkan, maka gambaran yang jauh lebih kompleks akan muncul - tindakan persilangan individu berinteraksi satu sama lain. Saling mempengaruhi dari tindakan pindah silang ini disebut interferensi.
