遗传修饰的基础
转基因生物是“转基因生物”的缩写。 遗传修饰已经存在了几十年，是创建具有特定特征或特征的植物或动物的最有效和最快速的方法。 它可以对DNA序列进行精确的特定改变。 由于DNA基本上构成了整个生物体的蓝图，DNA的变化改变了生物体的能力。
除了使用过去40年开发的技术来直接操作DNA之外，真的没有其他办法可以做到这一点。
你如何基因修改生物体？ 其实这是一个相当广泛的问题。 有机体可以是植物，动物，真菌或细菌，并且所有这些都可以并且已经被基因工程化了近40年。 20世纪70年代初 ，第一个基因工程生物是细菌 。 从那时起，转基因细菌已经成为成千上万的对植物和动物进行遗传修饰的实验室的主力。 大多数基本的基因改组和修饰是使用细菌设计和制备的，主要是大肠杆菌的一些变异，然后转移到靶标有机体。
基因改变植物，动物或微生物的一般方法在概念上非常相似。 然而，由于植物和动物细胞之间的一般差异，在具体技术上存在一些差异。
例如，植物细胞具有细胞壁，动物细胞不具有。
植物和动物遗传修饰的原因
转基因动物主要用于研究目的，通常作为用于药物开发的模型生物系统。 有一些为其他商业目的而开发的转基因动物，如荧光鱼作为宠物，以及转基因蚊子来帮助控制携带疾病的蚊子。
然而，这些在基础生物学研究之外的应用相对有限。 到目前为止，没有转基因动物被批准为食物来源。 不过，不过，随着AquaAdvantage鲑鱼正在通过审批流程，这可能会发生变化。
然而，植物的情况则不同。 尽管许多植物被修改用于研究，但大多数作物遗传修饰的目的是制造商业或社会有益的植物品系。 例如，如果植物具有对Rainbow Papaya等致病性害虫的抗性提高或能够在不适宜居住或可能较冷的地区生长的能力，则产量可以提高。 保持成熟时间较长的水果，例如无尽的夏季西红柿，为收获后的保质期提供了更多的时间。 此外，还提出了增强营养价值的特性，例如旨在富含维生素A的黄金大米或水果的用途，如非褐变的北极苹果。
基本上，可以引入任何可以通过添加或抑制特定基因而表现出来的特征。 需要多个基因的特性也可以被管理，但这需要一个更复杂的过程，而商业作物尚未实现这一过程。
什么是基因？
在解释新基因如何投入生物体之前，了解基因是什么非常重要。 很多人可能知道，基因是由DNA构成的，其中一部分由四个碱基组成，通常被称为A，T，C，G。 在一条基因的DNA链中连续排列的这些碱基的线性顺序可以被认为是针对特定蛋白质的代码，就像针对句子的文本代码行中的字母一样。
蛋白质是由各种组合连接在一起的氨基酸组成的大生物分子。 当氨基酸的正确组合连接在一起时，氨基酸链一起折叠成具有特定形状的蛋白质，并且正确的化学特征一起使其能够执行特定的功能或反应。 生物主要由蛋白质组成。 一些蛋白质是催化化学反应的酶; 其他物质将物质运输到细胞中，并且一些物质作为启动或停用其他蛋白质或蛋白质级联的开关。
所以，当一个新基因被引入时，它给了细胞代码序列，使它能够制造一种新的蛋白质。
细胞如何组织他们的基因？
在植物和动物细胞中，几乎所有的DNA都被排列成染色体的几条长链。 基因实际上只是构成染色体的DNA长序列的一小部分。 每次细胞复制时，首先复制所有染色体。 这是细胞的中央指令集，每个后代细胞都获得一份拷贝。 因此，为了引入能够使细胞产生赋予特定性状的新蛋白的新基因，只需将一点DNA插入一条长染色体链中即可。 一旦插入，当细胞像所有其他基因一样复制时，DNA将传递给任何子细胞。
事实上，某些类型的DNA可以保持在与染色体分开的细胞中，并且可以使用这些结构引入基因，使得它们不整合到染色体DNA中。 然而，用这种方法，由于细胞的染色体DNA改变通常不会在几次重复之后维持在所有细胞中。 对于永久和可遗传的遗传修饰，例如用于作物工程的那些处理，使用染色体修饰。
如何插入新基因？
基因工程只是指将新的DNA碱基序列（通常对应于整个基因）插入生物体的染色体DNA中。 这在概念上可能看起来很简单，但从技术上讲，它会变得更复杂一些。 有许多技术细节涉及在正确的环境中将正确的信号输入染色体的正确DNA序列，使细胞能够识别它是一种基因并用它来制造新的蛋白质。
几乎所有基因工程过程都有四个关键要素：
- 首先，你需要一个基因。 这意味着您需要具有特定碱基序列的物理DNA分子。 传统上，这些序列是直接从生物体使用任何一种繁琐的技术获得的。 现在，科学家们不是从生物体中提取DNA，而是从基本的A，T，C，G化学物质中合成出来。 一旦获得，就可以将序列插入到一条类似于小染色体（质粒）的细菌DNA中，并且由于细菌快速复制，所以可以制备所需的大部分基因。
- 一旦你有了这个基因，你就需要将它放在一个被正确的周围DNA序列包围的DNA链中，以使细胞识别它并表达它。 原则上，这意味着您需要一个小的DNA序列，称为启动子，通过信号传递细胞来表达基因。
- 除了要插入的主要基因之外，还需要第二个基因来提供标记或选择。 第二个基因本质上是一种用于鉴定含有该基因的细胞的工具。
- 最后，有必要有一种将新DNA（即启动子，新基因和选择标记）递送到生物体细胞中的方法。 有很多方法可以做到这一点。 对于植物，我最喜欢的是基因枪方法，它使用改进的22步枪将DNA涂布的钨或金颗粒射入细胞。
对于动物细胞，有许多转染试剂涂覆或复合DNA并使其能够穿过细胞膜。 将DNA与修饰的病毒DNA拼接在一起也是常见的，其可以用作基因载体以将基因携带到细胞中。 修饰的病毒DNA可以用正常的病毒蛋白包裹以制备假病毒，其可以感染细胞并插入携带该基因的DNA，但不能复制以产生新病毒。
对于许多双子叶植物，该基因可以置于根癌土壤杆菌细菌的T-DNA载体的修饰变体中。 还有其他一些方法。 然而，大多数情况下，只有少数细胞选择基因，使得选择工程细胞成为该过程的关键部分。 这就是为什么选择或标记基因通常是必需的。
但是，你如何制造基因工程小鼠或番茄？
转基因生物是一种具有数百万细胞的生物体，上述技术仅描述了如何基因工程改造单细胞。 然而，产生整个生物体的过程基本上涉及在生殖细胞（即精子和卵细胞）上使用这些基因工程技术。 一旦插入关键基因，该过程的其余部分基本上使用遗传育种技术来产生在其体内所有细胞中含有新基因的植物或动物。 基因工程实际上是对细胞完成的。 剩下的就是生物。