¿Qué contenidos específicos incluye la tecnología de bioingeniería?
La tecnología de bioingeniería incluye la ingeniería genética, la base material de la tecnología de ADN recombinante, los pasos operativos generales de la tecnología de ADN recombinante y la ingeniería celular.
1. Ingeniería genética
La ingeniería genética se refiere al diseño a nivel genético de acuerdo con las necesidades humanas y luego la creación de nuevas cepas de organismos con nuevos rasgos de acuerdo con el plan de diseño, y puede hacerlo. para que pueda transmitirse a las generaciones futuras de forma estable. Los métodos utilizados en la ingeniería genética son muy similares al diseño de ingeniería y tienen características obvias de ser científicos y de ingeniería al mismo tiempo.
Después de comprobar que el código genético se expresa a través de transcritos de ARN, los biólogos esperan intervenir también en la herencia de los organismos a nivel molecular. En 1973, el profesor Cohen de la Universidad de Stanford en Estados Unidos "cortó" diferentes genes de resistencia a los medicamentos de dos plásmidos y los "empalmó" en el mismo plásmido. Cuando este plásmido híbrido entró en E. coli, ésta era resistente a dos fármacos y su descendencia tenía propiedades antibacterianas duales. El experimento de recombinación de Cohen inició el campo de la ingeniería genética.
La tecnología de ADN recombinante es la tecnología central de la ingeniería genética. Recombinación, como su nombre indica, significa recombinación, es decir, utilizar el material genético o genes sintéticos del organismo donante, cortarlos in vitro, conectarlos a los vectores correspondientes para formar moléculas de ADN recombinante y luego introducir las moléculas de ADN recombinante en Las células receptoras o los organismos receptores se construyen para expresar ciertos rasgos de otro organismo de acuerdo con el modelo diseñado por los humanos de antemano.
2. La base material de la tecnología recombinante del ADN
(1) Gen objetivo
La ingeniería genética es un tipo de trabajo creativo con un propósito y su materia prima es el gen de propósito; el llamado gen objetivo se refiere a un fragmento de ADN obtenido por métodos artificiales que cumple con los requisitos del diseñador. En condiciones apropiadas, el gen objetivo se expresará en forma de proteína, logrando así el propósito del diseñador de modificar los rasgos biológicos.
(2) Vector
El gen diana generalmente no puede ingresar directamente a otra célula biológica y debe combinarse con un portador específico para ingresar de manera segura a la célula receptora. Actualmente, los vectores comúnmente utilizados incluyen plásmidos, fagos y virus.
Un plásmido es una molécula de ADN circular que se encuentra en el citoplasma de las células de la mayoría de las bacterias y de algunos eucariotas. Muchos plásmidos contienen genes que pueden ser esenciales en determinados entornos.
El bacteriófago es un tipo de virus que infecta específicamente a las bacterias. Está formado por una cubierta proteica y un ácido nucleico central. Al infectar bacterias, los fagos inyectan ADN en las bacterias, utilizan el ADN como plantilla para copiar moléculas de ADN, sintetizar proteínas y finalmente ensamblar nuevos fagos. Cuando las bacterias mueren y se rompen, se liberan una gran cantidad de fagos para infectar al siguiente objetivo.
Los plásmidos, fagos y virus son similares en el sentido de que pueden inyectar sus propias moléculas de ADN en las células huésped y mantenerlas intactas, lo que las hace adecuadas como vectores para transportar genes diana. Por tanto, los vectores en ingeniería genética son esencialmente moléculas de ADN especiales.
(3) Herramientas y enzimas La ingeniería genética requiere un conjunto de herramientas para aislar el gen objetivo del organismo y luego seleccionar un vector adecuado para conectar el gen objetivo al vector. Las moléculas de ADN son muy pequeñas, sólo 20 Angstroms (10-10 metros) de diámetro. Las moléculas de ADN son muy pequeñas, sólo 20 Angstroms (10-10 metros) de diámetro. La ingeniería genética es en realidad una forma de "ingeniería ultramicroscópica" que requiere el uso de herramientas especiales para cortar, unir y transportar ADN.
En 1968, los científicos extrajeron por primera vez enzimas de restricción de E. coli. La característica más importante de las endonucleasas de restricción es que son altamente especializadas y pueden reconocer secuencias de nucleótidos específicas en el ADN y cortar moléculas de ADN en puntos de corte específicos. Desde la década de 1970, se han aislado y extraído más de 400 enzimas de restricción. Desde la década de 1970, se han aislado y extraído más de 400 enzimas de restricción, que pueden usarse para realizar cortes de hebras largas en moléculas de ADN a voluntad.
La tabla 4-3 enumera los sitios de reconocimiento de algunas enzimas de restricción.
En 1976, científicos de cinco laboratorios descubrieron y extrajeron una enzima, la ADN ligasa, casi simultáneamente. Desde entonces, la ADN ligasa se ha convertido en el "pegamento molecular" que "pega" los genes.
3. Pasos operativos generales de la tecnología de recombinación de ADN
La recombinación típica de ADN incluye cinco pasos:
(1) Obtención del gen diana
Actualmente, existen tres métodos principales para obtener genes diana: transcripción inversa, aislamiento directo de genomas celulares y síntesis artificial.
La transcripción inversa es un método para obtener el gen diana mediante la transcripción inversa del ARNm. En la actualidad, la gente ha utilizado este método para sintetizar genes de globina de conejo, pato y humana, genes de queratina de plumas, etc.
El "método de escopeta" se utiliza comúnmente para aislar directamente el gen objetivo del genoma de la célula. Debido a que este método es como disparar a un pájaro con una escopeta, también se le llama "método de escopeta". El uso del "método de escopeta" para aislar el gen objetivo tiene las ventajas de simplicidad, conveniencia y economía. Con este método se han aislado con éxito muchos virus, procariotas y algunos genes eucariotas.
La síntesis química de genes diana es una nueva tecnología desarrollada desde los años 70. Utilizando métodos de síntesis química, los genes diana se pueden sintetizar en poco tiempo. Los científicos han sintetizado sucesivamente genes que codifican proteínas como el factor inhibidor de la liberación de la hormona del crecimiento humano, la insulina y el interferón.
(2) Recombinación in vitro de moléculas de ADN
La recombinación in vitro consiste en conectar el vector con el gen diana. Por ejemplo, cuando se utiliza un plásmido como vector, primero se selecciona una endonucleasa de restricción adecuada para cortar el gen de interés y el vector, y luego se utiliza ADN ligasa para ligar y cortar los desoxinucleótidos en ambos extremos. De esta manera, el gen de interés se coloca en el ADN plasmídico y forma una nueva molécula de ADN circular (molécula de ADN híbrida) mediante recombinación.
(3) Introducción de ADN recombinante
Una vez cargado el gen diana en el vector, es necesario introducirlo en las células receptoras. Existen muchos métodos de introducción, incluida la transformación, la transducción, la microinyección, el bombardeo de partículas y la electroporación. La transformación y la transducción se aplican principalmente a células procarióticas como bacterias y células eucariotas inferiores como levaduras, mientras que otros métodos se aplican principalmente a células animales y vegetales superiores.
(4) Cribado de células receptoras
Dado que la tasa de éxito de la transformación del ADN recombinante no es muy alta, es necesario seleccionar entre un gran número de células que se transfectan con éxito en ADN recombinante. Se deben encontrar marcadores específicos de antemano para demostrar si la importación fue exitosa. Por ejemplo, a menudo utilizamos antibióticos para comprobar si la introducción es exitosa.
(5) Expresión génica
Una vez que el gen diana se introduce con éxito en la célula receptora, debe expresar la información genética que transporta mediante la síntesis de nuevas proteínas, cambiando así los rasgos genéticos de la célula receptora. Para que el gen diana se exprese en las células receptoras, es necesario que se cumplan algunas condiciones.
Por ejemplo, el gen diana utiliza los ribosomas de la célula receptora para sintetizar proteínas, por lo que el gen diana debe contener un fragmento funcional que inicie el trabajo de los ribosomas de la célula receptora.
Estos cinco pasos representan el proceso general de la ingeniería genética. La gente no domina la tecnología de la ingeniería genética desde hace mucho tiempo, pero ya ha logrado muchos resultados con valor de aplicación práctica. Como núcleo de la biotecnología moderna, la ingeniería genética desempeñará un papel cada vez más importante en las prácticas de producción social.
4. Ingeniería celular
Nunca ha habido una definición y un alcance unificados de la ingeniería celular. Generalmente se cree que la ingeniería celular se basa en los principios de la biología celular y la biología molecular. El uso de tecnología de cultivo celular es una tecnología que realiza manipulación genética a nivel celular. La ingeniería celular se puede dividir a grandes rasgos en ingeniería cromosómica, ingeniería citoplasmática e ingeniería de fusión celular.
La tecnología de cultivo celular es la tecnología básica de la ingeniería celular. El llamado cultivo celular es una tecnología que extrae un pequeño trozo de tejido de una determinada parte del organismo y cultiva su crecimiento y división. El cultivo celular también se llama cultivo de tejidos.
Los avances de algunas investigaciones teóricas importantes en biología celular en las últimas dos décadas, como la revelación de la totipotencia celular, el ciclo celular y su regulación, el estudio de los mecanismos de carcinogénesis y senescencia celular, la expresión y regulación genética, etc., son todos ellos inseparable de la tecnología de cultivo celular.
En el cultivo celular in vitro, el medio es el medio que suministra los nutrientes necesarios para dejar enteras las células animales y vegetales. Además de ser rico en nutrientes, el medio generalmente también contiene algunas sustancias traza que estimulan. crecimiento y desarrollo celular. Generalmente existen dos tipos de medios de cultivo: sólidos y líquidos, los cuales deben esterilizarse antes de su uso. Además, la temperatura, la luz, la frecuencia de oscilación, etc. también son condiciones importantes que afectan la cultura.
Información ampliada:.
La ingeniería biológica es una disciplina aplicada integral emergente que comenzó a surgir a principios de los años 1970.
Generalmente se considera que la llamada bioingeniería se basa en las teorías y tecnologías de la biología (especialmente la microbiología, la genética, la bioquímica y la citología), combinadas con la tecnología de la ingeniería moderna, como la industria química, mecánica, electrónica. computadoras, etc., y aprovechando al máximo sus últimos logros, una disciplina formada aprovechando al máximo los últimos logros de la biología molecular, manipulando conscientemente el material genético, transformando direccionalmente los organismos o sus funciones y creando objetos sobrehumanos en un corto período. Luego se crean nuevas especies con rasgos de largo alcance mediante la bioingeniería apropiada para crear nuevas especies con rasgos de alcance ultralargo, y luego, mediante la bioingeniería apropiada, se crean nuevas especies con rasgos de alcance ultralargo. Una tecnología emergente que utiliza nuevas especies y luego lleva a cabo el cultivo a gran escala de tales "bacterias modificadas" o "líneas celulares modificadas" a través de biorreactores apropiados para producir una gran cantidad de metabolitos útiles o ejercer sus funciones fisiológicas únicas.
La ingeniería biológica incluye cinco proyectos principales, a saber, ingeniería genética (ingeniería genética), ingeniería celular, ingeniería microbiana (ingeniería de fermentación), ingeniería enzimática (ingeniería bioquímica) e ingeniería de proteínas.
Entre estos cinco campos principales, los dos primeros utilizan bacterias tradicionales (o líneas celulares animales y vegetales) como receptoras de material genético específico, para que puedan obtener genes extraños y convertirse en nuevas bacterias que puedan expresar ultra -rasgos de largo alcance Especies - "bacterias modificadas" o "líneas celulares modificadas".
El papel de estos tres últimos es crear buenas condiciones de crecimiento y reproducción para esta nueva especie con un enorme valor potencial, y llevar a cabo cultivos a gran escala para liberar plenamente su potencial inherente y proporcionar a las personas enormes beneficios económicos y beneficios sociales.
Enciclopedia Baidu - Tecnología de bioingeniería