جانداران دستکاری‌شده ژنتیکی

جانداران دستکاری‌شده ژنتیکی یا جانداران مهندسی‌شده ژنتیکی، (به انگلیسی: Genetically modified organism) جاندارانی هستند که ساختار ژنتیکی‌شان به وسیله روش‌های مهندسی ژنتیک تغییر پیدا کرده‌است.

GMOها برای تولید بسیاری از داروها و غذاهای اصلاح‌شده ژنتیکی و به‌طور گسترده در تحقیقات علمی و تولید محصولات دیگر استفاده می‌شوند. اصطلاح GMO به اصطلاح «ارگانیسم‌های اصلاح‌شده زنده» که در پروتکل ایمنی زیستی کارتاهنا تعریف شده‌است بسیار نزدیک است. ارگانیسم‌های اصلاح‌شده زنده به هر جاندار زنده‌ای که با استفاده از زیست فناوری پیشرفته ترکیب جدیدی از مواد ژنتیکی را به دست آورده‌است، گفته می‌شود.

یک «جاندار تراریخته» نیز GMO به شمار می‌رود. در یک جاندار تراریخته، ساختار ژنتیکی به وسیلهٔ افزودن ماده ژنتیکی از یک جاندار نامرتبط تغییر یافته‌است. این نباید با روش بسیار کلی که در آن GMO برای طبقه‌بندی ارگانیسم‌های تغییریافته ژنتیکی استفاده می‌شوند اشتباه گرفته شود، چرا که GMOها به صورت متداول ارگانیسم‌های هستند که ساختار ژنتیکی‌شان بدون افزودن مواد از یک ارگانیسم نامرتبط تغییر یافته‌است. نخستین موش اصلاح‌شده ژنتیکی در سال ۱۹۷۴ و نخستین گیاه اصلاح‌شده ژنتیکی در سال ۱۹۸۳ تولید شدند.^[۱]

تولید

اصلاح ژنتیکی شامل جهش، درج یا حذف ژن است. ژن‌های درج‌شده معمولاً از گونه‌های متفاوت و به شکل افقی انتقال می‌یابند. در طبیعت این پدیده زمانی رخ می‌دهد که DNAی اگزوژنوس به هر دلیلی به غشای سلولی نفوذ کند. این فرایند می‌تواند به شکل مصنوعی و از راه‌های زیر انجام شود:

متصل کردن ژن‌ها به یک ویروس
درج DNAی خارجی درون هسته‌های میزبان با استفاده از یک سرنگ کوچک
کاربرد الکتروپوریشن که با استفاده از جریان الکتریکی، DNA را از یک ارگانیسم به سلول دیگر وارد می‌کند.
شلیک ذرات کوچک با استفاده از یک تفنگ ژنی^[۲]^[۳]^[۴])

روش‌های طبیعی بهره‌برداری از روش‌های انتقال ژن نیز شامل توانایی آگروباکتریوم برای انتقال ژن به گیاهان^[۵] یا توانایی لنتی ویروس ها(lentiviruses) برای انتقال به سلول‌های حیوانی است.^[۶]

کاربردها

GMOها در تحقیقات پزشکی و زیستی، تولید داروها،^[۷] پزشکی تجربی (برای مثال ژن درمانی و واکسن‌ها علیه ویروس ابولا)^[۸] و کشاورزی (برنج طلایی، مقاومت در برابر علف کش‌ها) استفاده می‌شوند.^[۹] اصطلاح «ارگانیسم تغییریافته ژنتیکی می‌تواند شامل مفهوم درج هدفمند ژن از یک گونه به دیگر باشد». برای مثال، یک ژن از عروس دریایی که کدکننده GFP یا همان پروتئین فلورسنت سبز است می‌تواند متصل شده و به صورت همزمان با ژن‌های پستانداران در سلول‌های آن‌ها بیان شود. دانشمندان از این ژن برای شناسایی مکان پروتئین کدشده به وسیلهٔ ژن متصل شده به GFP استفاده می‌کنند.

برخی روش‌ها، ابزارهای سودمندی برای زیست‌شناسان در زمینه‌های تحقیقاتی متعدد از جمله مطالعه مکانیزم‌های بیماری‌های انسانی و دیگر بیماری‌ها یا فرآیندهای زیستی پایه‌ای در سلول‌های یوکاریوت و پروکاریوت هستند.

میکروب‌ها

باکتری‌ها نخستین موجوداتی هستند که به دلیل این که به راحتی می‌توان تغییر ژنتیکی در آن‌ها ایجاد کرد، تحت اصلاحات ژنتیکی قرار گرفته‌اند.^[۱۰] باکتری‌ها همچنین ارگانیسم‌های مدل مهمی برای آزمایش‌های مهندسی ژنتیک هستند و در زمینه زیست‌شناسی مصنوعی به منظور آزمایش روش‌های مصنوعی مختلف از سنتز ژنوم تا ایجاد نوکلئوتیدهای جدید استفاده می‌شوند.^[۱۱]^[۱۲]^[۱۳]

این ارگانیسم‌ها همچنین برای اهداف متعددی از جمله تولید مقادیر بالایی از پروتئین‌های خالص برای اهداف پزشکی استفاده می‌شوند.^[۱۴] باکتری‌های تغییریافته ژنتیکی برای تولید پروتئین انسولین به منظور درمان دیابت‌ها استفاده می‌شوند.^[۱۵] باکتری‌های مشابه نیز برای تولید سوخت‌های زیستی،^[۱۶] فاکتورهای انعقادی برای درمان هموفیلی^[۱۷] و هورمون رشد انسانی برای درمان اشکال متنوع کوتولگی^[۱۸]^[۱۹] استفاده می‌گردند.

علاوه بر این میکروارگانیسم‌های مهندسی‌شده ژنتیکی مختلفی به‌طور معمول به عنوان منابع آنزیمی برای تولید انواعی از غذاهای فرآوری شده‌استفاده می‌شوند. این منابع آنزیمی شامل آلفا-آمیلاز که نشاسته را به قند ساده تبدیل می‌کند، کیموزین از باکتری‌ها و قارچ‌ها (که پروتئین شیر را برای ساخت پنیر منعقد می‌کند) و پکتین استراز از قارچ (که شفافیت آبمیوه را بهبود می‌دهد) می‌باشد.^[۲۰]

گیاهان

گیاهان تراریخته و فروریخته

گیاهان در تحقیقات علمی به منظور ایجاد رنگ‌های جدید در گیاهان و ایجاد محصولات مختلف مهندسی می‌شوند. در اصطلاح دانش ژنتیک، به این گیاهان تراریخته و فروریخته گفته می‌شود. گیاهانی که دارای ژن‌های بیشتری نسبت به گیاه معمولی باشند را تراریخته و گیاهانی که ژن‌هایی از آنان کم شده باشند را فروریخته می‌نامند. در تحقیقات علمی، گیاهان برای کشف عملکرد ژن‌های خاص مهندسی می‌شوند. یکی از این روش‌ها، سرکوب ژن موردنظر و مشاهده فنوتیپی است که بر اثر آن ایجاد می‌شود. روش دوم اتصال ژن به یک پروموتور قوی و مشاهدهٔ اثر آن است.^[۲۱]

محصولات گیاهی تغییریافته ژنتیکی

محصولات گیاهی تغییریافته ژنتیکی، (تراریخته) گیاهان به‌کاررفته در کشاورزی هستند که DNA ی آن‌ها به وسیلهٔ تکنیک‌های مهندسی ژنتیک تغییر یافته‌است. در اکثر موارد هدف افزودن یک خصوصیت جدید به گیاهانی است که به صورت طبیعی آن را ندارند. از جمله این خصوصیات می‌توان به مقاومت به حشرات خاص، بیماری‌ها یا شرایط محیطی، کاهش فساد گیاه، افزایش مقاومت به درمان‌های شیمیایی (برای مثال مقاومت به علف کش‌ها) یا بهبود دادن پروفایل‌های غذایی محصولات اشاره کرد. مثال‌های از محصولات غیرغذایی نیز شامل تولید عناصر دارویی، سوخت‌های زیستی و دیگر محصولات مفید صنعتی است.^[۲۲]

حفاظت در گیاهان

موجودات اصلاح شده ژنتیکی با هدف حفظ گونه‌های گیاهی در معرض خطر انقراض ارائه شده‌اند. قبل از اینکه تکنیک اصلاح ژنتیکی گیاهان برای حفاظت از گیاهان به شکل گسترده‌ای استفاده شود نیازمند آزمایش‌ها درون آزمایشگاهی متعددی است.

پستانداران

پستانداران اصلاح شده ژنتیکی طبقه مهمی از موجودات مهندسی‌شده ژنتیکی هستند.^[۲۳] در حال حاضر جانوران تغییریافته ژنتیکی توسعه یافته می‌توانند در در داخل شش گروه گسترده مختلف بر اساس هدف‌های موردنظر اصلاح ژنتیکی قرار بگیرند:

تحقیق در رابطه با بیماری‌های انسانی (برای مثال توسعه مدل‌های حیوانی برای این بیماری‌ها)
تولید محصولات صنعتی یا مصرفی (مانند فیبرها برای کاربردهای متعدد)
تولید محصولات دلخواه برای استفاده درمانی انسان (محصولات دارویی یا بافت برای کاشت)
غنی‌سازی یا بهبود تعاملات حیوانات با انسان‌ها (حیوانات خانگی با آلرژی‌زای بالا)
بهبود تولید یا ویژگی‌های کیفیت غذایی (مانند ماهی با رشد سریع تر)

۶-بهبود سلامت حیوانات (مقاومت در برابر بیماری‌ها)^[۲۴]

کاربرد تحقیقاتی

جانوران تراریخته به عنوان حیوانات مدل آزمایشگاهی برای سنجش در تحقیقات زیست‌پزشکی استفاده می‌شوند.^[۲۵] این حیوانات برای کشف و توسعه درمان‌های بیماری‌های متعددی حیاتی هستند.

منابع

↑ "History of Genetically Modified Foods". umich.edu. Archived from the original on 21 October 2015.
↑ 2. Jump up^ Cornell Chronicle, 14 May 1987, page 3. Biologists invent gun for shooting cells with DNA Archived 29 October 2013 at the Wayback Machine.
↑ 3. Jump up^ Sanford, JC; et al. (1987). "Delivery of substances into cells and tissues using a particle bombardment process". Journal of Particulate Science and Technology. 5: 27–37. doi:10.1080/02726358708904533.
↑ 4. Jump up^ Klein, TM; et al. (1987). "High-velocity microprojectiles for delivering nucleic acids into living cells". Nature. 327 (6117): 70–73. Bibcode:1987Natur.327...70K. doi:10.1038/327070a0.
↑ 5. Jump up^ Lee LY, Gelvin SB (February 2008). "T-DNA binary vectors and systems". Plant Physiol. 146 (2): 325–332. doi:10.1104/pp.107.113001. OCLC 1642351. PMC 2245830. PMID 18250230.
↑ 6. Jump up^ Park F (October 2007). "Lentiviral vectors: are they the future of animal transgenesis?". Physiol. Genomics. 31 (2): 159–173. doi:10.1152/physiolgenomics.00069.2007. OCLC 37367250. PMID 17684037.
↑ 7. https://www.fda.gov/about-fda/what-we-do
↑ 8. Jump up^ Whipple, Tom (2016-05-14). "Trailblazing GM vaccines 'are held back by red tape'". http://www.thetimes.co.uk. The Times. Retrieved 2016-05-14.
↑ 9. Jump up^ Thomas, Michael A. ; Roemer, Gary W. ; Donlan, C. Josh; Dickson, Brett G. ; Matocq, Marjorie; Malaney, Jason (2013-09-26). "Ecology: Gene tweaking for conservation". Nature. 501 (7468): 485–486. doi:10.1038/501485a. PMID 24073449.
↑ 10. Melo, Eduardo O. ; Canavessi, Aurea M. O. ; Franco, Mauricio M. ; Rumpf, Rodolpho (2007). "Animal transgenesis: state of the art and applications"(PDF). J. Appl. Genet. 48 (1): 47–61. doi:10.1007/BF03194657. PMID 17272861. Archived from the original (PDF) on 26 September 2009.
↑ 11. Jump up^ Arpino, JA; et al. (Jul 2013). "Tuning the dials of Synthetic Biology". Microbiology. 159 (7): 1236–53. doi:10.1099/mic.0.067975-0. PMC 3749727. PMID 23704788.
↑ 12. Jump up^ Pollack, Andrew (7 May 2014). "Researchers Report Breakthrough in Creating Artificial Genetic Code". New York Times. Retrieved 7 May 2014.
↑ 13. Jump up^ Malyshev, Denis A. ; Dhami, Kirandeep; Lavergne, Thomas; Chen, Tingjian; Dai, Nan; Foster, Jeremy M. ; Corrêa, Ivan R. ; Romesberg, Floyd E. (7 May 2014). "A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet". Nature. 509 (7500): 385–388. Bibcode:2014Natur.509..385M. doi:10.1038/nature13314. PMC 4058825. PMID 24805238. Retrieved 7 May 2014.
↑ 14. Jump up^ Leader, Benjamin; Baca, Qentin J. ; Golan, David E. (January 2008). "Protein therapeutics: a summary and pharmacological classification". Nature Reviews Drug Discovery. A guide to drug discovery. 7 (1): 21–39. doi:10.1038/nrd2399. PMID 18097458. Leader 2008 — Fee required for access to full text.
↑ 15. Jump up^ Walsh, Gary (April 2005). "Therapeutic insulins and their large-scale manufacture". Appl. Microbiol. Biotechnol. 67 (2): 151–159. doi:10.1007/s00253-004-1809-x. PMID 15580495. Walsh 2005 — Fee required for access to full text.
↑ 16. Jump up^ Summers, Rebecca (24 April 2013) "Bacteria churn out first ever petrol-like biofuel" New Scientist, Retrieved 27 April 2013
↑ 17. Jump up^ Pipe, Steven W. (May 2008). "Recombinant clotting factors". Thromb. Haemost. 99 (5): 840–850. doi:10.1160/TH07-10-0593. PMID 18449413.
↑ 18. Jump up^ Bryant, Jackie; Baxter, Louise; Cave, Carolyn B. ; Milne, Ruairidh; Bryant, Jackie (2007). Bryant, Jackie, ed. "Recombinant growth hormone for idiopathic short stature in children and adolescents". Cochrane Database Syst Rev (3): CD004440. doi:10.1002/14651858.CD004440.pub2. PMID 17636758. Bryant 2007 — Fee required for access to full text.
↑ 19. Jump up^ Baxter L, Bryant J, Cave CB, Milne R (2007). Bryant, Jackie, ed. "Recombinant growth hormone for children and adolescents with Turner syndrome". Cochrane Database Syst Rev (1): CD003887. doi:10.1002/14651858.CD003887.pub2. PMID 17253498.
↑ 20. Jump up^ Panesar, Pamit et al. (2010) Enzymes in Food Processing: Fundamentals and Potential Applications, Chapter 10, I K International Publishing House, ISBN 978-93-80026-33-6
↑ 21. Jefferson R. A. Kavanagh T. A. Bevan M. W. (1987). "GUS fusions: beta-glucuronidase as a sensitive and versatile gene fusion marker in higher plants". The EMBO Journal. 6 (13): 3901–3907. ISSN 0261-4189. PMC 553867. PMID 3327686.
↑ 22. ISAAA 2013 Annual Report Executive Summary, Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2013 ISAAA Brief 46-2013, Retrieved 6 August 2014
↑ 23. EFSA (2012). Genetically modified animals Europe: EFSA
↑ 24. Rudinko, Larisa (20). Guidance for industry. USA: Center for veterinary medicine Link.
↑ dead link

[1] "History of Genetically Modified Foods". umich.edu. Archived from the original on 21 October 2015.

[2] 2. Jump up^ Cornell Chronicle, 14 May 1987, page 3. Biologists invent gun for shooting cells with DNA Archived 29 October 2013 at the Wayback Machine.

[3] 3. Jump up^ Sanford, JC; et al. (1987). "Delivery of substances into cells and tissues using a particle bombardment process". Journal of Particulate Science and Technology. 5: 27–37. doi:10.1080/02726358708904533.

[4] 4. Jump up^ Klein, TM; et al. (1987). "High-velocity microprojectiles for delivering nucleic acids into living cells". Nature. 327 (6117): 70–73. Bibcode:1987Natur.327...70K. doi:10.1038/327070a0.

[5] 5. Jump up^ Lee LY, Gelvin SB (February 2008). "T-DNA binary vectors and systems". Plant Physiol. 146 (2): 325–332. doi:10.1104/pp.107.113001. OCLC 1642351. PMC 2245830. PMID 18250230.

[6] 6. Jump up^ Park F (October 2007). "Lentiviral vectors: are they the future of animal transgenesis?". Physiol. Genomics. 31 (2): 159–173. doi:10.1152/physiolgenomics.00069.2007. OCLC 37367250. PMID 17684037.

[7] 7. https://www.fda.gov/about-fda/what-we-do

[8] 8. Jump up^ Whipple, Tom (2016-05-14). "Trailblazing GM vaccines 'are held back by red tape'". http://www.thetimes.co.uk. The Times. Retrieved 2016-05-14.

[9] 9. Jump up^ Thomas, Michael A. ; Roemer, Gary W. ; Donlan, C. Josh; Dickson, Brett G. ; Matocq, Marjorie; Malaney, Jason (2013-09-26). "Ecology: Gene tweaking for conservation". Nature. 501 (7468): 485–486. doi:10.1038/501485a. PMID 24073449.

[10] 10. Melo, Eduardo O. ; Canavessi, Aurea M. O. ; Franco, Mauricio M. ; Rumpf, Rodolpho (2007). "Animal transgenesis: state of the art and applications"(PDF). J. Appl. Genet. 48 (1): 47–61. doi:10.1007/BF03194657. PMID 17272861. Archived from the original (PDF) on 26 September 2009.

[11] 11. Jump up^ Arpino, JA; et al. (Jul 2013). "Tuning the dials of Synthetic Biology". Microbiology. 159 (7): 1236–53. doi:10.1099/mic.0.067975-0. PMC 3749727. PMID 23704788.

[12] 12. Jump up^ Pollack, Andrew (7 May 2014). "Researchers Report Breakthrough in Creating Artificial Genetic Code". New York Times. Retrieved 7 May 2014.

[13] 13. Jump up^ Malyshev, Denis A. ; Dhami, Kirandeep; Lavergne, Thomas; Chen, Tingjian; Dai, Nan; Foster, Jeremy M. ; Corrêa, Ivan R. ; Romesberg, Floyd E. (7 May 2014). "A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet". Nature. 509 (7500): 385–388. Bibcode:2014Natur.509..385M. doi:10.1038/nature13314. PMC 4058825. PMID 24805238. Retrieved 7 May 2014.

[14] 14. Jump up^ Leader, Benjamin; Baca, Qentin J. ; Golan, David E. (January 2008). "Protein therapeutics: a summary and pharmacological classification". Nature Reviews Drug Discovery. A guide to drug discovery. 7 (1): 21–39. doi:10.1038/nrd2399. PMID 18097458. Leader 2008 — Fee required for access to full text.

[15] 15. Jump up^ Walsh, Gary (April 2005). "Therapeutic insulins and their large-scale manufacture". Appl. Microbiol. Biotechnol. 67 (2): 151–159. doi:10.1007/s00253-004-1809-x. PMID 15580495. Walsh 2005 — Fee required for access to full text.

[16] 16. Jump up^ Summers, Rebecca (24 April 2013) "Bacteria churn out first ever petrol-like biofuel" New Scientist, Retrieved 27 April 2013

[17] 17. Jump up^ Pipe, Steven W. (May 2008). "Recombinant clotting factors". Thromb. Haemost. 99 (5): 840–850. doi:10.1160/TH07-10-0593. PMID 18449413.

[18] 18. Jump up^ Bryant, Jackie; Baxter, Louise; Cave, Carolyn B. ; Milne, Ruairidh; Bryant, Jackie (2007). Bryant, Jackie, ed. "Recombinant growth hormone for idiopathic short stature in children and adolescents". Cochrane Database Syst Rev (3): CD004440. doi:10.1002/14651858.CD004440.pub2. PMID 17636758. Bryant 2007 — Fee required for access to full text.

[19] 19. Jump up^ Baxter L, Bryant J, Cave CB, Milne R (2007). Bryant, Jackie, ed. "Recombinant growth hormone for children and adolescents with Turner syndrome". Cochrane Database Syst Rev (1): CD003887. doi:10.1002/14651858.CD003887.pub2. PMID 17253498.

[20] 20. Jump up^ Panesar, Pamit et al. (2010) Enzymes in Food Processing: Fundamentals and Potential Applications, Chapter 10, I K International Publishing House, ISBN 978-93-80026-33-6

[21] 21. Jefferson R. A. Kavanagh T. A. Bevan M. W. (1987). "GUS fusions: beta-glucuronidase as a sensitive and versatile gene fusion marker in higher plants". The EMBO Journal. 6 (13): 3901–3907. ISSN 0261-4189. PMC 553867. PMID 3327686.

[22] 22. ISAAA 2013 Annual Report Executive Summary, Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2013 ISAAA Brief 46-2013, Retrieved 6 August 2014

[23] 23. EFSA (2012). Genetically modified animals Europe: EFSA

[24] 24. Rudinko, Larisa (20). Guidance for industry. USA: Center for veterinary medicine Link.

[25] ↑ dead link

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

[۱۰]

[۱۱]

[۱۲]

[۱۳]

[۱۴]

[۱۵]

[۱۶]

[۱۷]

[۱۸]

[۱۹]

[۲۰]

[۲۱]

[۲۲]

[۲۳]

[۲۴]

[۲۵]