遺傳修飾的基礎
轉基因生物是“轉基因生物”的縮寫。 遺傳修飾已經存在了幾十年，是創建具有特定特徵或特徵的植物或動物的最有效和最快速的方法。 它可以對DNA序列進行精確的特定改變。 由於DNA基本上構成了整個生物體的藍圖，DNA的變化改變了生物體的能力。
除了使用過去40年開發的技術來直接操作DNA之外，真的沒有其他辦法可以做到這一點。
你如何基因修改生物體？ 其實這是一個相當廣泛的問題。 有機體可以是植物，動物，真菌或細菌，並且所有這些都可以並且已經被基因工程化了近40年。 20世紀70年代初 ，第一個基因工程生物是細菌 。 從那時起，轉基因細菌已經成為成千上萬的對植物和動物進行遺傳修飾的實驗室的主力。 大多數基本的基因改組和修飾是使用細菌設計和製備的，主要是大腸桿菌的一些變異，然後轉移到靶標有機體。
基因改變植物，動物或微生物的一般方法在概念上非常相似。 然而，由於植物和動物細胞之間的一般差異，在具體技術上存在一些差異。
例如，植物細胞具有細胞壁，動物細胞不具有。
植物和動物遺傳修飾的原因
轉基因動物主要用於研究目的，通常作為用於藥物開發的模型生物系統。 有一些為其他商業目的而開發的轉基因動物，如熒光魚作為寵物，以及轉基因蚊子來幫助控制攜帶疾病的蚊子。
然而，這些在基礎生物學研究之外的應用相對有限。 到目前為止，沒有轉基因動物被批准為食物來源。 不過，不過，隨著AquaAdvantage鮭魚正在通過審批流程，這可能會發生變化。
然而，植物的情況則不同。 儘管許多植物被修改用於研究，但大多數作物遺傳修飾的目的是製造商業或社會有益的植物品系。 例如，如果植物具有對Rainbow Papaya等致病性害蟲的抗性提高或能夠在不適宜居住或可能較冷的地區生長的能力，則產量可以提高。 保持成熟時間較長的水果，例如無盡的夏季西紅柿，為收穫後的保質期提供了更多的時間。 此外，還提出了增強營養價值的特性，例如旨在富含維生素A的黃金大米或水果的用途，如非褐變的北極蘋果。
基本上，可以引入任何可以通過添加或抑制特定基因而表現出來的特徵。 需要多個基因的特性也可以被管理，但這需要一個更複雜的過程，而商業作物尚未實現這一過程。
什麼是基因？
在解釋新基因如何投入生物體之前，了解基因是什麼非常重要。 很多人可能知道，基因是由DNA構成的，其中一部分由四個鹼基組成，通常被稱為A，T，C，G。 在一條基因的DNA鏈中連續排列的這些鹼基的線性順序可以被認為是針對特定蛋白質的代碼，就像針對句子的文本代碼行中的字母一樣。
蛋白質是由各種組合連接在一起的氨基酸組成的大生物分子。 當氨基酸的正確組合連接在一起時，氨基酸鏈一起折疊成具有特定形狀的蛋白質，並且正確的化學特徵一起使其能夠執行特定的功能或反應。 生物主要由蛋白質組成。 一些蛋白質是催化化學反應的酶; 其他物質將物質運輸到細胞中，並且一些物質作為啟動或停用其他蛋白質或蛋白質級聯的開關。
所以，當一個新基因被引入時，它給了細胞代碼序列，使它能夠製造一種新的蛋白質。
細胞如何組織他們的基因？
在植物和動物細胞中，幾乎所有的DNA都被排列成染色體的幾條長鏈。 基因實際上只是構成染色體的DNA長序列的一小部分。 每次細胞複製時，首先複製所有染色體。 這是細胞的中央指令集，每個後代細胞都獲得一份拷貝。 因此，為了引入能夠使細胞產生賦予特定性狀的新蛋白的新基因，只需將一點DNA插入一條長染色體鏈中即可。 一旦插入，當細胞像所有其他基因一樣複製時，DNA將傳遞給任何子細胞。
事實上，某些類型的DNA可以保持在與染色體分開的細胞中，並且可以使用這些結構引入基因，使得它們不整合到染色體DNA中。 然而，用這種方法，由於細胞的染色體DNA改變通常不會在幾次重複之後維持在所有細胞中。 對於永久和可遺傳的遺傳修飾，例如用於作物工程的那些處理，使用染色體修飾。
如何插入新基因？
基因工程只是指將新的DNA鹼基序列（通常對應於整個基因）插入生物體的染色體DNA中。 這在概念上可能看起來很簡單，但從技術上講，它會變得更複雜一些。 有許多技術細節涉及在正確的環境中將正確的信號輸入染色體的正確DNA序列，使細胞能夠識別它是一種基因並用它來製造新的蛋白質。
幾乎所有基因工程過程都有四個關鍵要素：
- 首先，你需要一個基因。 這意味著您需要具有特定鹼基序列的物理DNA分子。 傳統上，這些序列是直接從生物體使用任何一種繁瑣的技術獲得的。 現在，科學家們不是從生物體中提取DNA，而是從基本的A，T，C，G化學物質中合成出來。 一旦獲得，就可以將序列插入到一條類似於小染色體（質粒）的細菌DNA中，並且由於細菌快速復制，所以可以製備所需的大部分基因。
- 一旦你有了這個基因，你就需要將它放在一個被正確的周圍DNA序列包圍的DNA鏈中，以使細胞識別它並表達它。 原則上，這意味著您需要一個小的DNA序列，稱為啟動子，通過信號傳遞細胞來表達基因。
- 除了要插入的主要基因之外，還需要第二個基因來提供標記或選擇。 第二個基因本質上是一種用於鑑定含有該基因的細胞的工具。
- 最後，有必要有一種將新DNA（即啟動子，新基因和選擇標記）遞送到生物體細胞中的方法。 有很多方法可以做到這一點。 對於植物，我最喜歡的是基因槍方法，它使用改進的22步槍將DNA塗佈的鎢或金顆粒射入細胞。
對於動物細胞，有許多轉染試劑塗覆或複合DNA並使其能夠穿過細胞膜。 將DNA與修飾的病毒DNA拼接在一起也是常見的，其可以用作基因載體以將基因攜帶到細胞中。 修飾的病毒DNA可以用正常的病毒蛋白包裹以製備假病毒，其可以感染細胞並插入攜帶該基因的DNA，但不能複制以產生新病毒。
對於許多雙子葉植物，該基因可以置於根癌土壤桿菌細菌的T-DNA載體的修飾變體中。 還有其他一些方法。 然而，大多數情況下，只有少數細胞選擇基因，使得選擇工程細胞成為該過程的關鍵部分。 這就是為什麼選擇或標記基因通常是必需的。
但是，你如何製造基因工程小鼠或番茄？
轉基因生物是一種具有數百萬細胞的生物體，上述技術僅描述瞭如何基因工程改造單細胞。 然而，產生整個生物體的過程基本上涉及在生殖細胞（即精子和卵細胞）上使用這些基因工程技術。 一旦插入關鍵基因，該過程的其餘部分基本上使用遺傳育種技術來產生在其體內所有細胞中含有新基因的植物或動物。 基因工程實際上是對細胞完成的。 剩下的就是生物。