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Quel est l'organisme le plus complexe génétiquement ?

Quel est l'organisme le plus complexe génétiquement ?


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Je comprends que de nouveaux génomes sont séquencés chaque jour et ces réponses se remplacent souvent ; bien qu'à ce jour, qu'est-ce qui s'est avéré être l'organisme le plus complexe génétiquement (autre qu'un humain bien sûr) ? Je reçois toujours une multitude de réponses différentes comme Daphnia pulex, Axolotl, Paris japonica ou Adder's Tongue, toutes provenant de différentes dates et sources, il devient donc difficile de dire quelle est la bonne réponse ici, le cas échéant. Si cette question n'est pas assez précise, je me ferai un plaisir de la réviser.

Edit : je définirais la complexité génétique comme la taille du génome ou le nombre de gènes. L'une ou l'autre réponse fonctionnerait. Si vous souhaitez donner d'autres informations comme les chromosomes ou les isoformes de toute autre définition, ce serait utile. Quel que soit le meilleur du meilleur.


Edit : je définirais la complexité génétique comme la taille du génome ou le nombre de gènes. Soit la réponse ou l'information fonctionnerait.

Plus grand génome : Paris Japon, une plante rare. Son génome a une taille de 149 000 000 000 paires de bases. Environ 50 fois plus gros que le génome humain, par nombre de paires de bases.

Plus grand nombre de gènes dans un organisme : Daphnie pulex, une espèce très commune de puce d'eau. 31 000 gènes codant pour des protéines.

Comme déjà souligné, le organisme génétiquement le plus complexe est une question peu claire. La complexité peut être interprétée de différentes manières, et je ne pense pas que nous puissions nous mettre d'accord sur une mesure satisfaisante (ou une définition, d'ailleurs) de la complexité génétique.


Le passé, le présent et l'avenir des organismes génétiquement modifiés

Lorsque j'ai commencé mes recherches pour cet article, j'étais principalement intéressé par la controverse sur le projet de loi relativement nouveau aux États-Unis exigeant des étiquettes sur les aliments contenant des ingrédients génétiquement modifiés. Je ne savais pas que pendant que je rassemblais mes sources, un nouveau différend sur les OGM allait émerger, celui-ci portant sur des pommes non brunissantes issues de la bio-ingénierie. Ainsi, je suis passé de la facture à l'arrivée de ces pommes dans les magasins à travers les États-Unis - une arrivée qui signifie qu'une enquête sur l'histoire et la science derrière les produits alimentaires génétiquement modifiés est encore plus opportune que je ne le pensais à l'origine.

Dans les épiceries du pays ce mois-ci, les pommes Arctic devraient arriver sur les tablettes. Ces pommes, produites par Okanagan Specialty Fruits (OSF), ont été génétiquement modifiées afin qu'elles ne brunissent pas lorsque leurs cellules se rompent, contrairement à toutes les autres pommes actuellement sur le marché. Un article de blog sur le site Web Arctic Apples d'OSF donne un aperçu des techniques utilisées par l'entreprise pour créer de telles pommes sous l'article, les commentaires abondent. Les réactions à Arctic Apples dans ces commentaires vont de « Wow, c'est incroyable ce que vous pouvez faire avec la biotechnologie ces jours-ci » à « Nous ne voulons pas que nos enfants mangent votre poison ! » [1]

Les organismes génétiquement modifiés (OGM) ne sont pas étrangers à la controverse. En 1975 – des décennies avant que les premiers OGM n'apparaissent dans les épiceries – un groupe hétéroclite de scientifiques, d'avocats, de journalistes et de représentants du gouvernement s'est réuni pour discuter de l'ADN recombinant (ADNr) [2, 3]. Cette conférence a été motivée par les récents progrès scientifiques relatifs à l'ADNr, qui reconstitue les brins d'ADN de deux organismes différents. Bien que plusieurs autres réunions aient eu lieu avant elle, c'est la conférence de 1975 dont l'histoire se souviendra, car elle a jeté les bases des directives ultérieures sur la recherche sur l'ADNr sans restreindre totalement une telle recherche [3, 4].

Dans les années qui ont suivi la conférence, le domaine du génie génétique s'est divisé en plusieurs directions. Certains scientifiques ont vu le potentiel de l'ADNr à révolutionner les médicaments, tandis que d'autres étaient plus intéressés par ses applications à l'environnement. Le premier brevet pour un OGM, délivré en 1981, concernait en fait une bactérie capable de dégrader des hydrocarbures complexes comme le pétrole brut [5]. À peu près à la même époque, la recherche sur la corrélation entre l'enzyme polygalacturonase (PG) et le ramollissement des fruits en était à ses débuts à Calgene, Inc. Les chercheurs ont découvert que l'insertion d'une copie antisens du gène qui produit le PG dans les tomates pouvait retarder leur maturation. En 1994, la société a introduit ces tomates sur le marché sous le nom de tomates FLAVR SAVR. Bien que la demande pour les tomates soit élevée, les bénéfices étaient minces en raison du coût de leur fabrication, et les inquiétudes du public concernant leur sécurité les ont finalement éliminées des épiceries [6].

Malgré cet échec, la recherche sur les cultures vivrières OGM a pris son envol. En 1996, les cultures génétiquement modifiées couvraient plus de 4,2 millions d'acres de la planète [7]. Ce nombre était passé à 444 millions en 2015 – la première année, en fait, où la superficie mondiale a diminué d'une année à l'autre [8].

Développements plus récents

Les OGM ont de nouveau été propulsés dans l'arène publique en juillet de l'année dernière lorsque le président de l'époque, Barack Obama, a signé un projet de loi exigeant des étiquettes sur les aliments génétiquement modifiés. Le département américain de l'Agriculture a jusqu'en 2018 pour régler les détails de la loi, et les entreprises alimentaires auront ensuite plus de temps pour se conformer à la nouvelle réglementation. Les entreprises disposeront également d'une gamme d'options de divulgation des OGM : du texte, un symbole, un numéro de téléphone ou même un code QR dirigeant les consommateurs vers plus d'informations. Il convient toutefois de noter que la loi définit les produits alimentaires issus du génie biologique comme contenant du « matériel génétique ». Cela signifie que les OGM que l'on trouve le plus souvent dans les magasins – le sirop de maïs et l'huile de canola, par exemple – seront probablement exemptés car ils sont hautement raffinés. De plus, le libellé de la loi indique qu'elle ne s'appliquera probablement pas à la viande, à la volaille ou aux œufs [9, 10, 11].

La loi fédérale est née en réponse à l'adoption de lois d'étiquetage plus restrictives dans le Vermont, le Connecticut et le Maine [12]. Ces lois, à leur tour, découlaient en partie de l'incertitude du public concernant la sécurité des OGM, malgré le consensus général au sein de la communauté scientifique selon lequel il n'a pas été démontré que les OGM présentent des risques graves pour la santé ou l'environnement [13]. Une enquête américaine de 2016, menée dans le cadre du projet d'enquête Annenberg Science Knowledge, a révélé que 88 % des participants étaient en faveur des lois sur l'étiquetage obligatoire, et 91 % ont déclaré que les gens ont le droit de savoir s'il y a des OGM dans leurs aliments. Ces opinions contrastent fortement, cependant, avec le fait que 58% ont déclaré qu'ils n'avaient qu'une compréhension passable ou mauvaise des OGM, seulement 1 participant sur 5 savait même que les scientifiques n'avaient trouvé aucune preuve indiquant que les OGM avaient des effets néfastes sur la santé humaine [14] .

Les débuts d'Arctic Apples

Au milieu de cette confusion, Arctic Apples est entré en scène. Les scientifiques savent depuis des décennies qu'en présence d'oxygène - qui abonde lorsque, disons, quelqu'un mord ou coupe une pomme - l'enzyme polyphénol oxydase (PPO) réagit avec les phénols dans les cellules de la pomme, entraînant finalement une pigmentation brune [1, 15] . C'est l'Organisation de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth (CSIRO) en Australie qui a développé l'idée d'utiliser des techniques de silençage génique pour inhiber la PPO, bien que leurs recherches se soient concentrées sur les pommes de terre plutôt que sur les pommes [16]. OSF a autorisé ces techniques en 1997, a passé des années en recherche et développement, et a finalement dévoilé Arctic Apples en 2015 [16, 17].

Pour Arctic Apples, une séquence génétique appelée GEN-03 est au cœur du processus de silençage génique. GEN-03 est écrit de telle sorte que dans les pommes avec la séquence, l'expression de la PPO est considérablement réduite [16]. L'équipe scientifique d'OSF utilise Agrobacterium tumefaciens , un organisme souvent utilisé pour des transformations dans le monde de la biotechnologie, pour introduire le GEN-03 dans le tissu foliaire [18]. Un gène marqueur qui produit la protéine NPTII, qui confère une résistance à l'antibiotique kanamycine, est attaché à la séquence GEN-03. S'il réussit ce test, le tissu est autorisé à se développer en une plantule, qui est ensuite greffée sur un porte-greffe de pommier qui sera planté et poussera comme un pommier normal [18].

Bien que certains soutiennent que les pommes qui ne brunissent pas ne sont pas une entreprise rentable, d'autres soulignent que des millions de livres de pommes sont gaspillées chaque année parce que leur pigmentation brune les rend moins attrayantes pour les consommateurs [17, 20]. Pour sa part, OSF ajoute que les pommes qui brunissent par voie enzymatique dégradent également les antioxydants et autres nutriments, ce qui signifie que les pommes arctiques peuvent être plus saines que leurs homologues traditionnelles [21]. Les premiers résultats de l'enquête ont indiqué que 80 pour cent des consommateurs étaient intéressés à acheter les pommes une fois qu'elles étaient disponibles dans le commerce, mais seul le temps dira leur véritable succès sur le marché [20].

C'est un moment étrange pour les pommes arctiques de faire leurs débuts, car la nouvelle loi sur l'étiquetage s'appliquera à elles [9]. L'avenir non seulement de ces pommes, mais des OGM en général, reste incertain. Il faut noter, cependant, que les humains ont altéré la génétique des cultures vivrières depuis des milliers d'années, en commençant par les agriculteurs qui croisent des cultures pour aboutir à des hybrides souhaitables [22]. Compte tenu de ce fait, il semble probable qu'en dépit des querelles publiques sur les OGM, ils resteront une partie de la vie - au moins dans une certaine mesure - pour les années à venir. Et ces pommes ?


Quel est l'organisme le plus complexe génétiquement ? - La biologie

L'information génétique d'un organisme est stockée dans des molécules d'ADN. Comment une sorte de molécule peut-elle contenir toutes les instructions pour faire des êtres vivants compliqués comme nous ? Quel composant ou caractéristique de l'ADN peut contenir cette information ? Il doit provenir des bases azotées, car, comme vous le savez déjà, le squelette de toutes les molécules d'ADN est le même. Mais il n'y a que quatre bases trouvées dans l'ADN : G, A, C et T. La séquence de ces quatre bases peut fournir toutes les instructions nécessaires pour construire n'importe quel organisme vivant. Il peut être difficile d'imaginer que 4 « lettres » différentes puissent communiquer autant d'informations. Mais pensez à la langue anglaise, qui peut représenter une énorme quantité d'informations en utilisant seulement 26 lettres. Le code binaire utilisé pour écrire des programmes informatiques est encore plus profond. Ce code ne contient que des uns et des zéros, et pensez à tout ce que votre ordinateur peut faire. L'alphabet ADN peut coder des instructions très complexes en utilisant seulement quatre lettres, bien que les messages finissent par être très longs. Par exemple, le E. coli bactérie porte ses instructions génétiques dans une molécule d'ADN qui contient plus de cinq millions de nucléotides. Le génome humain (tout l'ADN d'un organisme) se compose d'environ trois milliards nucléotides répartis entre 23 molécules d'ADN appariées, ou chromosomes.

Les informations stockées dans l'ordre des bases sont organisées en gènes: chaque gène contient des informations pour fabriquer un produit fonctionnel. L'information génétique est d'abord copiée dans un autre polymère d'acide nucléique, ARN (acide ribonucléique), en préservant l'ordre des bases nucléotidiques. Les gènes qui contiennent des instructions pour fabriquer des protéines sont convertis en ARN messager (ARNm). Certains gènes spécialisés contiennent des instructions pour fabriquer des molécules d'ARN fonctionnelles qui ne font pas protéines. Ces molécules d'ARN fonctionnent en affectant directement les processus cellulaires, par exemple certaines de ces molécules d'ARN régulent l'expression de l'ARNm. D'autres gènes produisent des molécules d'ARN nécessaires à la synthèse des protéines, transférer l'ARN (ARNt), et ARN ribosomique (ARNr).

Pour que l'ADN fonctionne efficacement pour stocker des informations, deux processus clés sont nécessaires. Premièrement, les informations stockées dans la molécule d'ADN doivent être copiées, avec un minimum d'erreurs, chaque fois qu'une cellule se divise. Cela garantit que les deux cellules filles héritent de l'ensemble complet des informations génétiques de la cellule mère. Deuxièmement, les informations stockées dans la molécule d'ADN doivent être traduit, ou exprimé. Pour que les informations stockées soient utiles, les cellules doivent pouvoir accéder aux instructions de fabrication de protéines spécifiques, afin que les bonnes protéines soient fabriquées au bon endroit au bon moment.

Figure 1. Double hélice de l'ADN. Graphique modifié à partir de la structure chimique de l'ADN, par Madeleine Price Ball, CC-BY-SA-2.0

La copie et la lecture des informations stockées dans l'ADN reposent sur l'appariement de bases entre deux acide nucléique brins de polymère. Rappelons que la structure de l'ADN est une double hélice (voir Figure 1).

Le désoxyribose de sucre avec le Groupe phosphate forme l'échafaudage ou l'épine dorsale de la molécule (surlignée en jaune sur la figure 1). Les bases pointent vers l'intérieur. Les bases complémentaires forment des liaisons hydrogène entre elles au sein de la double hélice. Voyez comment les plus grandes bases (purines) jumeler avec les plus petits (pyrimidines). Cela maintient la largeur de la double hélice constante. Plus précisément, A s'apparie avec T et C s'apparie avec G. Alors que nous discutons de la fonction de l'ADN dans les sections suivantes, gardez à l'esprit qu'il existe une raison chimique à l'appariement spécifique des bases.

Pour illustrer le lien entre les informations contenues dans l'ADN et une caractéristique observable d'un organisme, considérons un gène qui fournit les instructions pour la construction de l'hormone insuline. L'insuline est responsable de la régulation de la glycémie. Le gène de l'insuline contient des instructions pour assembler la protéine insuline à partir d'acides aminés individuels. Changer la séquence de nucléotides dans la molécule d'ADN peut changer les acides aminés dans la protéine finale, entraînant un dysfonctionnement de la protéine. Si l'insuline ne fonctionne pas correctement, elle peut être incapable de se lier à une autre protéine (récepteur de l'insuline). Au niveau de l'organisation de l'organisme, cet événement moléculaire (changement de séquence d'ADN) peut conduire à un état pathologique, dans ce cas, le diabète.

Questions pratiques

L'ordre des nucléotides dans un gène (dans l'ADN) est la clé du stockage des informations. Par exemple, considérons ces deux mots : stable et tables. Les deux mots sont construits à partir des mêmes lettres (sous-unités), mais l'ordre différent de ces sous-unités entraîne des significations très différentes. Dans l'ADN, les informations sont stockées en unités de 3 lettres. Utilisez la clé suivante pour décoder le message crypté. Cela devrait vous aider à voir comment les informations peuvent être stockées dans l'ordre linéaire des nucléotides dans l'ADN.

ABC = un DEF = d GHI = e JKL = f
ORM = h PQR = je UT = m VWX = n
YZA = o BCD = r EFG = s HIJ = t
KLM = w NOP = j QRS = p TUV = y

Message crypté : HIJMNOPQREFG – PQREFG – MNOYZAKLM – DEFVWXABC – EFGHIJYZABCDGHIEFG – PQRVWXJKLYZABCDSTUABCHIJPQRYZAVWX


Types de cellules

Les cellules sont identifiées comme l'une des deux grandes catégories procaryotes ou eucaryotes, qui ont plusieurs caractéristiques en commun. [6] Tous les organismes multicellulaires ont des cellules eucaryotes qui assument des rôles très différents et forment des tissus spécialisés. Tous les procaryotes sont des organismes unicellulaires (bactéries).

De plus, chaque organisme se reproduisant sexuellement commence sa vie comme une seule cellule, cousue ensemble par la liaison du sperme mâle avec l'ovule femelle. Cette cellule contient le code numérique nécessaire à la formation d'autres cellules pour remplir les nombreuses fonctions du corps. Ceux-ci incluent nos papilles gustatives, nos cellules adipeuses, nos cellules de la peau, nos cellules sanguines et bien d'autres.

Trois catégories de base de cellules composent le corps des mammifères : les cellules germinales, les cellules somatiques et les cellules souches. Chacune des quelque 100 000 000 000 000 de cellules d'un humain adulte possède sa propre copie, ou des copies, du génome, à la seule exception de certains types de cellules dépourvues de noyaux dans leur état complètement différencié, comme les globules rouges. La majorité de ces cellules sont diploïdes ou ont deux copies de chaque chromosome. Ces cellules sont appelées cellules somatiques. Cette catégorie de cellules comprend la plupart des cellules qui composent notre corps, telles que la peau et les cellules musculaires. Les cellules de la lignée germinale sont toute lignée de cellules qui donnent naissance à des gamètes (œufs et spermatozoïdes) et sont continues d'une génération à l'autre. Les cellules souches, quant à elles, ont la capacité de se diviser indéfiniment et de donner naissance à des cellules spécialisées. [3]

Eucaryotes

Les eucaryotes comprennent les champignons, les animaux et les plantes ainsi que certains organismes unicellulaires (protistes). Les cellules eucaryotes mesurent environ 10 fois la taille d'un procaryote et peuvent être jusqu'à 1000 fois plus volumineuses. La différence majeure et extrêmement significative entre les procaryotes et les eucaryotes est que les cellules eucaryotes contiennent des compartiments liés à la membrane dans lesquels des activités métaboliques spécifiques ont lieu. Le plus important d'entre eux est la présence d'un noyau, un compartiment délimité par une membrane qui abrite l'ADN de la cellule eucaryote. C'est ce noyau qui donne son nom à l'eucaryote (littéralement, « bonne noix » ou « bon noyau »).

Les organismes eucaryotes ont également d'autres structures spécialisées, appelées organites, qui sont de petites structures au sein des cellules qui remplissent des fonctions dédiées. Comme son nom l'indique, vous pouvez considérer les organites comme de petits organes. Il existe une douzaine de types différents d'organites que l'on trouve couramment dans les cellules eucaryotes. [3]

Procaryotes

Les bactéries sont des procaryotes, qui diffèrent des eucaryotes par le fait que leur ADN n'est pas organisé à l'intérieur d'un noyau. Les procaryotes n'ont également qu'un seul chromosome, qui est circulaire au lieu de linéaire. Bien que les cellules procaryotes soient parfois appelées "cellules simples", elles effectuent la plupart des mêmes processus métaboliques que les cellules eucaryotes. Beaucoup de ces réactions ne sont tout simplement pas séquestrées à l'intérieur des organites. Par exemple, les procaryotes et les eucaryotes effectuent la photosynthèse et la respiration cellulaire, mais seuls les eucaryotes ont respectivement des chloroplastes et des mitochondries.

Les procaryotes sont des organismes unicellulaires qui ne se développent pas ou ne se différencient pas en formes multicellulaires. Certaines bactéries se développent en filaments ou en masses de cellules, mais chaque cellule de la colonie est identique et capable d'existence indépendante. Les cellules peuvent être adjacentes les unes aux autres parce qu'elles ne se sont pas séparées après la division cellulaire ou parce qu'elles sont restées enfermées dans une gaine ou une boue commune sécrétée par les cellules. En règle générale, cependant, il n'y a pas de continuité ou de communication entre les cellules. Les procaryotes sont capables d'habiter presque tous les endroits de la terre, de l'océan profond aux bords des sources chaudes, à presque toutes les surfaces de notre corps. [3]


Développer un outil de biosécurité pour détecter les organismes génétiquement modifiés dans la nature

Si un organisme génétiquement ou synthétiquement modifié est libéré dans l'environnement, comment le saurons-nous ? Comment pouvons-nous le distinguer des millions de micro-organismes qui existent naturellement dans la nature ? C'est le défi relevé par une équipe de recherche multi-institutions, dont Eric Young, professeur adjoint de génie chimique au Worcester Polytechnic Institute (WPI), qui développe un outil de biosécurité capable de détecter les micro-organismes modifiés en fonction de leurs signatures ADN uniques.

Le génie génétique, dans lequel des gènes sont ajoutés aux génomes des organismes, et la biologie synthétique, qui se concentre sur la compréhension et la conception de meilleures séquences d'ADN, sont tous deux utilisés aujourd'hui pour fabriquer un large éventail de produits, tels que des produits pharmaceutiques, comme l'insuline, et des cultures agricoles. . Le génie génétique est également utilisé par les entreprises de biotechnologie - des start-ups aux sociétés multinationales - pour fabriquer des produits tels que des détergents, des ingrédients alimentaires et des biocarburants.

Pendant des décennies, le gouvernement américain a parrainé la recherche et le développement d'organismes modifiés et de meilleures façons de concevoir l'ADN, tandis que le gouvernement et la communauté de la biologie synthétique ont travaillé ensemble pour développer des pratiques de sécurité et d'éthique afin de garantir que les organismes fabriqués sont sûrs et peuvent être contenu. Par exemple, le gouvernement a parrainé le développement de « kill switchs » qui empêchent les organismes modifiés de survivre en dehors du laboratoire.

Récemment, le gouvernement américain et les chercheurs ont identifié un besoin de nouveaux outils capables d'identifier les organismes modifiés lorsqu'ils sont mélangés à une myriade de micro-organismes naturels. Ces outils pourraient éventuellement être déployés pour détecter les organismes manipulés dans l'environnement. Ils pourraient être utilisés pour protéger la propriété intellectuelle d'une entreprise si un organisme qu'elle a conçu s'échappait accidentellement du laboratoire ou pour détecter des rejets intentionnels d'organismes potentiellement dangereux.

C'est la tâche qui incombe à l'équipe multi-institutionnelle chargée de développer un tel outil. Le projet est financé par une bourse de 18 mois du programme Finding Engineering Linked Indicators (FELIX), qui est géré par l'Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA), une organisation au sein du Bureau du directeur du renseignement national qui finance la recherche pour aborder défis auxquels la communauté du renseignement américaine est confrontée. Le prix comporte une deuxième phase qui pourrait être renouvelée pour une période supplémentaire de 24 mois. Raytheon, un entrepreneur de défense basé au Massachusetts, est l'entrepreneur principal. Young, qui a reçu un prix de 377 746 $ pour sa partie du projet, est l'un des cinq sous-traitants. Les autres sont l'Université Johns Hopkins, l'Université de Princeton, l'Université de Californie à San Francisco et Mission Bio, une société de biotechnologie basée à San Francisco.

"Nous réalisons la puissance de l'ingénierie et de la bio-ingénierie", a déclaré Young, dont l'expertise est en biologie synthétique, y compris le génie génétique des bactéries, des levures et des champignons. « Nous sommes enthousiasmés par la promesse de la biologie synthétique, mais nous avons également la responsabilité éthique de réfléchir aux utilisations potentiellement négatives des technologies que nous développons.

"Mon laboratoire développe des organismes modifiés pour résoudre les problèmes, et nous utilisons des pratiques de sécurité au-delà de ce que nous sommes tenus d'utiliser", a-t-il ajouté. "J'espère que ce projet nous mènera à un outil à faible coût que nous pourrons utiliser pour nous assurer que tout le monde travaille pour empêcher la libération d'organismes dans l'environnement, des universités aux usines de fabrication en passant par les amateurs de bricolage bio dans leurs garages."

Les scientifiques créent des micro-organismes modifiés en introduisant de nouveaux gènes dans leur génome qui leur permettent de produire des médicaments, des biocarburants ou des produits alimentaires de valeur. Une bactérie contenant le gène humain pour produire de l'insuline, ou une levure portant plusieurs gènes de plusieurs organismes pour fabriquer le médicament antipaludique artémisinine sont des exemples. Étant donné que de nombreux gènes de ces organismes modifiés existent dans la nature, il peut être difficile de les distinguer des organismes non modifiés dans les échantillons de sol ou d'eau. "C'est comme trouver l'aiguille proverbiale dans une botte de foin", a déclaré Young.

Il a ajouté que la clé pour faire cette distinction sera d'identifier les signatures génétiques pour chaque organisme. En raison de la façon dont ils sont produits, la majorité des organismes génétiquement modifiés ont une ou plusieurs courtes sections d'ADN qui sont uniques à leurs génomes et les rendent différents de leurs cousins ​​non modifiés. Ces signatures d'ADN peuvent être utilisées comme marqueurs pour repérer rapidement un organisme modifié dans une population de micro-organismes naturels. Le rôle de Young dans le projet de recherche est de générer des exemples d'organismes issus de la bio-ingénierie qui contiennent ces marqueurs spécifiques.

"Nous fournissons les informations" d'experts " que le dispositif de détection recherchera", a-t-il déclaré. « Nous prenons en compte le génie génétique des 50 dernières années et réduisons toutes ces connaissances et informations à un ensemble de signatures essentielles pour les organismes issus de la bio-ingénierie que nous aurions probablement besoin de trouver. C'est à notre sponsor et à l'équipe de décidons quels organismes sont importants et nous aidons à décider quelles signatures nous devons examiner. C'est un travail très excitant. "

Initialement, Young, qui travaille avec deux étudiants diplômés, se concentrera sur la levure de bière, qui, selon lui, devient de plus en plus l'organisme de choix pour les entreprises de bio-ingénierie, car elle est facile à concevoir et à cultiver, compte tenu des décennies de grande expérience de fermentation à grande échelle dans l'industrie brassicole. Les signatures qu'il identifie seront utiles pour détecter les organismes modifiés connus qui peuvent provenir de laboratoires d'entreprises et universitaires. Détecter les organismes potentiellement nuisibles qui peuvent avoir été intentionnellement libérés dans l'environnement sera un défi plus grand.

"C'est beaucoup plus compliqué quand vous ne savez pas quels organismes vous pourriez avoir besoin de rechercher", a-t-il déclaré. "Nous devons réfléchir à ce qui est le plus susceptible d'être là-bas et à ce que créerait quelqu'un avec des ressources limitées. Nous devons créer des outils capables de détecter un large éventail d'organismes modifiés. Et ils doivent être suffisamment flexibles pour pouvoir détecter un ensemble spécifique de signatures, mais détecte ensuite les signatures nouvellement ajoutées au fur et à mesure qu'elles sont trouvées. Nous aidons à développer une technologie pour le faire. "

Les connaissances générées par Young seront finalement intégrées dans un dispositif de détection de paillasse qui sera développé par d'autres membres de l'équipe de recherche. D'autres membres de l'équipe créent des algorithmes d'apprentissage automatique qui trouveront de nouvelles signatures que les experts pourraient ne pas identifier. Young a déclaré qu'il s'attend à ce qu'un dispositif de détection utilisable pour la levure soit prêt à la fin du programme, mais qu'il pourrait s'écouler cinq à dix ans avant que les défis les plus complexes ne soient résolus.


Production moins chère et plus gérable

La biotechnologie peut fournir aux agriculteurs des outils qui peuvent rendre la production moins chère et plus gérable. Par exemple, certaines cultures biotechnologiques peuvent être conçues pour tolérer des herbicides spécifiques, ce qui rend le contrôle des mauvaises herbes plus simple et plus efficace. D'autres cultures ont été conçues pour être résistantes à des maladies des plantes et à des insectes nuisibles spécifiques, ce qui peut rendre la lutte antiparasitaire plus fiable et efficace, et/ou peut réduire l'utilisation de pesticides synthétiques. Ces options de production agricole peuvent aider les pays à suivre le rythme de la demande alimentaire tout en réduisant les coûts de production.


L'Institut de recherche sur la création

Dieu a doté ses créatures vivantes de la capacité de s'adapter à des environnements nouveaux ou changeants. La diversité génétique dans l'adaptation fait référence à la variation au sein des types d'organismes créés. Par exemple, considérez la grande variété de chiens, ils sont de toutes formes, couleurs et tailles. Les humains présentent également une grande quantité de variation. La variation observable dans l'apparence de différents types de créatures est appelée phénotype. La diversité phénotypique repose en grande partie sur la constitution génétique d'un organisme (génome). Le génome présente une variation dans la séquence d'ADN appelée diversité génétique.

La diversité génétique est une caractéristique importante de l'adaptation, comme en témoigne le fait que les animaux subissent l'accumulation et l'expression de mutations nuisibles lors de la consanguinité (accouplement de parents proches). La consanguinité réduit la diversité génétique d'une population et rend les créatures moins robustes et moins adaptables. Même parmi certains types de plantes qui ont des fleurs autofécondantes, des niveaux importants de croisements croisés où le pollen est transféré par le vent, les insectes, etc. se produisent toujours et contribuent à l'amélioration de la diversité génétique.

La diversité génétique est liée aux différentes parties du génome d'un organisme. Lorsque les génomes sont comparés au sein d'espèces créées, certaines parties sont très stables et restent très similaires entre les individus, tandis que d'autres parties du génome sont extrêmement variables. De toute évidence, la variabilité génétique fait partie de la conception de Dieu pour les plantes et les animaux, mais elle est utilisée comme un système d'ingénierie avec des limites. Ces systèmes de variabilité génétique commencent tout juste à être compris, ils impliquent non seulement la diversité dans la séquence d'ADN réelle, mais aussi la diversité dans les modifications chimiques héréditaires de l'ADN (méthylation) et dans les protéines qui emballent l'ADN (acétylation). Ce type de variation héréditaire est appelé modification épigénétique. Il ne modifie pas réellement la séquence de bases de l'ADN, mais influence sa fonction et ajoute un autre aspect important à la variation génétique.

La différence entre les traits simples et l'héritage multigénique associé aux traits complexes a causé une certaine confusion parmi les créationnistes. L'hérédité simple fait généralement référence à des traits largement contrôlés par une ou quelques régions du génome. Des exemples de ce type d'héritage incluent des choses comme la couleur des yeux, la couleur des cheveux, etc. Un article créationniste récent sur la couleur du pelage du cerf montre comment ce type de variabilité fonctionne dans la nature. 1

Cependant, comme discuté dans l'article précédent de cette série, 2 traits les plus exprimés sont liés à des adaptations associées à des réponses biologiquement complexes. Ces adaptations impliquent des réseaux de nombreux gènes, appelés traits quantitatifs, et sont étudiés par des expériences de cartographie d'ADN complexes dans plusieurs environnements. Pour ce type de données, des modèles statistiques complexes sont utilisés, ils permettent l'identification de plusieurs régions génomiques et le pourcentage de variabilité que les points cartographiés le long des chromosomes contribuent à un certain trait.

Une autre question entourant la variabilité génétique est le type de caractéristiques de séquence d'ADN génomique qui sous-tend sa fonction. Une variété de scientifiques de la création, dont Jean Lightner, Todd Wood, Peter Borger et d'autres, ont présenté des données et des modèles impliquant la diversification génétique des espèces créées via des éléments transposables et d'autres types d'ADN non codant pour les protéines. Ces séquences semblent offrir le plus d'opportunités pour les modèles de diversité génétique et la diversification des espèces créées. Les scientifiques ont caractérisé ces portions du génome comme contenant une réserve extrêmement riche de caractéristiques fonctionnelles qui régulent de nombreux aspects de l'expression des gènes. 3

Les chercheurs en biologie de l'ICR examinent actuellement la littérature créationniste et laïque sur l'ADN non codant afin de déterminer de nouvelles voies de recherche dans le domaine de la diversité génétique et le rôle qu'elle joue dans l'adaptation.

  1. Catchpoole, D. 2012. Cher cerf : quand les &lsquomutants&rsquo blancs ont un avantage sélectif. Création. 34 (1): 28-31.
  2. Tomkins, J. 2012. Mécanismes d'adaptation en biologie : biologie cellulaire moléculaire. Actes et faits. 41 (4): 6.
  3. Shapiro, J.A. et R. von Sternberg. 2005. Pourquoi l'ADN répétitif est essentiel au fonctionnement du génome. Revues Biologiques. 80 (2): 227-250.

* Le Dr Tomkins est associé de recherche à l'Institute for Creation Research et a obtenu son doctorat. en génétique de l'Université de Clemson.

Citer cet article : Tomkins, J. 2012. Mécanismes d'adaptation en biologie : diversité génétique. Actes et faits. 41 (5): 8.


Dernier ancêtre commun universel plus complexe qu'on ne le pensait auparavant

Les scientifiques l'appellent LUCA, le dernier ancêtre commun universel, mais ils ne savent pas grand-chose sur cet arrière-grand-parent de tous les êtres vivants. Beaucoup pensent que LUCA n'était guère plus qu'un assemblage grossier de parties moléculaires, une soupe chimique à partir de laquelle l'évolution a progressivement construit des formes plus complexes. Certains scientifiques se demandent encore s'il s'agissait même d'une cellule.

De nouvelles preuves suggèrent que LUCA était après tout un organisme sophistiqué, avec une structure complexe reconnaissable en tant que cellule, rapportent les chercheurs. Leur étude paraît dans la revue Biologie directe.

L'étude s'appuie sur plusieurs années de recherche sur une caractéristique autrefois négligée des cellules microbiennes, une région à forte concentration de polyphosphate, un type de monnaie énergétique dans les cellules. Les chercheurs rapportent que ce site de stockage de polyphosphate représente en fait le premier organite universel connu, une structure autrefois considérée comme absente des bactéries et de leurs cousins ​​microbiens éloignés, les archées. Cet organite, l'évidence l'indique, est présent dans les trois domaines de la vie : les bactéries, les archées et les eucaryotes (plantes, animaux, champignons, algues et tout le reste).

L'existence d'un organite dans les bactéries va à l'encontre de la définition traditionnelle de ces organismes, a déclaré Manfredo Seufferheld, professeur de sciences des cultures à l'Université de l'Illinois, qui a dirigé l'étude.

"C'était un dogme de la microbiologie que les organites n'étaient pas présents dans les bactéries", a-t-il déclaré. Mais en 2003, dans un article du Journal of Biological Chemistry, Seufferheld et ses collègues ont montré que la structure de stockage des polyphosphates dans les bactéries (ils ont analysé une agrobactérie) était physiquement, chimiquement et fonctionnellement la même qu'un organite appelé acidocalcisome (uh-SID-oh -KAL-sih-zohm) trouvé chez de nombreux eucaryotes unicellulaires.

Their findings, the authors wrote, "suggest that acidocalcisomes arose before the prokaryotic (bacterial) and eukaryotic lineages diverged." The new study suggests that the origins of the organelle are even more ancient.

The study tracks the evolutionary history of a protein enzyme (called a vacuolar proton pyrophosphatase, or V-H+PPase) that is common in the acidocalcisomes of eukaryotic and bacterial cells. (Archaea also contain the enzyme and a structure with the same physical and chemical properties as an acidocalcisome, the researchers report.)

By comparing the sequences of the V-H+PPase genes from hundreds of organisms representing the three domains of life, the team constructed a "family tree" that showed how different versions of the enzyme in different organisms were related. That tree was similar in broad detail to the universal tree of life created from an analysis of hundreds of genes. This indicates, the researchers said, that the V-H+PPase enzyme and the acidocalcisome it serves are very ancient, dating back to the LUCA, before the three main branches of the tree of life appeared.

"There are many possible scenarios that could explain this, but the best, the most parsimonious, the most likely would be that you had already the enzyme even before diversification started on Earth," said study co-author Gustavo Caetano-Anollés, a professor of crop sciences and an affiliate of the Institute for Genomic Biology at Illinois. "The protein was there to begin with and was then inherited into all emerging lineages."

"This is the only organelle to our knowledge now that is common to eukaryotes, that is common to bacteria and that is most likely common to archaea," Seufferheld said. "It is the only one that is universal."

The study lends support to a hypothesis that LUCA may have been more complex even than the simplest organisms alive today, said James Whitfield, a professor of entomology at Illinois and a co-author on the study.

"You can't assume that the whole story of life is just building and assembling things," Whitfield said. "Some have argued that the reason that bacteria are so simple is because they have to live in extreme environments and they have to reproduce extremely quickly. So they may actually be reduced versions of what was there originally. According to this view, they've become streamlined genetically and structurally from what they originally were like. We may have underestimated how complex this common ancestor actually was."

The study team also included Kyung Mo Kim, of the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology and Alejandro Valerio, of the Museum of Biological Diversity in Columbus, Ohio.

The National Institute of Allergy and Infectious Diseases and the National Science Foundation provided funding for this study.


What is the most genetically complex organism? - La biologie

Cellules are the structural and functional unit of all living organisms. Some organisms, such as bacteria, are unicellulaire , consisting of a single cell. Other organisms, such as humans, are multicellulaire , or have many cells an estimated 100,000,000,000,000 cells! Each cell can take in nutrients, convert these nutrients into energy, carry out specialized functions, and reproduce as necessary. Even more amazing is that each cell stores its own set of instructions for carrying out each of these activities.

It is important to know what organism the cell comes from. There are two general categories of cells: procaryotes et eucaryotes . Prokaryotes are capable of inhabiting almost every place on the earth, from the deep ocean, to the edges of hot springs, to just about every surface of our bodies. Procaryotes also lack any of the intracellular organelles and structures that are characteristic of eukaryotic cells. Most of the functions of organelles, such as mitochondria and the Golgi apparatus, are taken over by the prokaryotic plasma membrane. Eucaryotes are about 10 times the size of a prokaryote and can be as much as 1000 times greater in volume. The major and extremely significant difference between prokaryotes and eukaryotes is that eukaryotic cells contain membrane-bounded compartments in which specific metabolic activities take place, and have small specialized structures called organites that are dedicated to performing certain specific functions. Most important among these is the presence of a noyau , a membrane-delineated compartment that houses the eukaryotic cell s DNA.

Cell Structures: The Basics

The Plasma Membrane A Cell's Protective Coat

The outer lining of a eukaryotic cell is called the plasma membrane . This membrane serves to separate and protect a cell from its surrounding environment and is made mostly from a double layer of proteins and lipids, fat-like molecules. Embedded within this membrane are a variety of other molecules that act as channels and pumps, moving different molecules into and out of the cell. A form of plasma membrane is also found in prokaryotes, but in this organism it is usually referred to as the membrane cellulaire .

The Cytoskeleton A Cell's Scaffold

Les cytosquelette is an important, complex, and dynamic cell component. It acts to organize and maintain the cell's shape anchors organelles in place helps during endocytose (the uptake of external materials by a cell) and moves parts of the cell in processes of growth and motility. There are a great number of proteins associated with the cytoskeleton, each controlling a cell s structure by directing, bundling, and aligning filaments.

The Cytoplasm A Cell's Inner Space

Inside the cell there is a large fluid-filled space called the cytoplasme , sometimes called the cytosol . In prokaryotes, this space is relatively free of compartments. In eukaryotes, the cytosol is the "soup" within which all of the cell's organelles reside. It is also the home of the cytoskeleton. The cytosol contains dissolved nutrients, helps break down waste products, and moves material around the cell. The nucleus often flows with the cytoplasm changing its shape as it moves. The cytoplasm also contains many salts and is an excellent conductor of electricity, creating the perfect environment for the mechanics of the cell. The function of the cytoplasm, and the organelles which reside in it, are critical for a cell's survival.

Two different kinds of genetic material exist: acide désoxyribonucléique (DNA) and acide ribonucléique (ARN). Most organisms are made of DNA, but a few viruses have RNA as their genetic material. The biological information contained in an organism is encoded in its DNA or RNA sequence.

Prokaryotic genetic material is organized in a simple circular structure that rests in the cytoplasm. Eukaryotic genetic material is more complex and is in units called gènes . The nuclear genome is divided into 24 DNA molecules, each contained in a different chromosome .

The human body contains many different organs, such as the heart, lung, and kidney, with each organ performing a different function. Cells also have a set of "little organs", called organites , which are adapted and/or specialized for carrying out one or more vital functions. Organelles are found only in eukaryotes and are always surrounded by a protective membrane. It is important to know some basic facts about the following organelles.

The Nucleus A Cell's Center

The nucleus is the most conspicuous organelle found in a eukaryotic cell. It houses the cell's chromosomes and is the place where almost all DNA replication and RNA synthesis occurs. The nucleus is spheroid in shape and separated from the cytoplasm by a membrane called the enveloppe nucléaire . The nuclear envelope isolates and protects a cell's DNA from various molecules that could accidentally damage its structure or interfere with its processing.

The Ribosome The Protein Production Machine

Les ribosomes se trouvent à la fois chez les procaryotes et les eucaryotes. Les ribosome is a large complex composed of many molecules, including RNA and proteins, and is responsible for processing the genetic instructions carried by mRNA. Protein synthesis is extremely important to all cells, and therefore a large number of ribosomes sometimes hundreds or even thousands can be found throughout a cell.

Ribosomes float freely in the cytoplasm or sometimes bind to another organelle called the endoplasmic reticulum.

Mitochondria--The Power Generator

Mitochondries are self-replicating organelles that occur in various numbers, shapes, and sizes in the cytoplasm of all eukaryotic cells. Mitochondria contain their own genome that is separate and distinct from the nuclear genome of a cell. Mitochondria have two functionally distinct membrane systems separated by a space: the outer membrane, which surrounds the whole organelle and the inner membrane, which is thrown into folds or shelves that project inward. These inward folds are called crêtes . The number and shape of cristae in mitochondria differ depending on the tissue and organism in which they are found, and serve to increase the surface area of the membrane. Mitochondria play a critical role in generating energy in the eukaryotic cell, and this process involves a number of complex pathways. They are the powerhouses of the cell.

The Endoplasmic Reticulum and the Golgi Apparatus Macromolecule Managers

Les endoplasmic reticulum (ER) is the transport network for molecules targeted for certain modifications and specific destinations, as compared to molecules that will float freely in the cytoplasm. The ER has two forms: the rough ER et le smooth ER . The rough ER is labeled as such because it has ribosomes adhering to its outer surface, whereas the smooth ER does not. The smooth ER serves as the recipient for those proteins synthesized in the rough ER. Proteins to be exported are passed to the Appareil de Golgi , sometimes called a Golgi body ou Complexe de Golgi , for further processing, packaging, and transport to a variety of other cellular locations.

Lysosomes and Peroxisomes The Cellular Digestive System

Lysosomes et peroxisomes are often referred to as the garbage disposal system of a cell. Both organelles are somewhat spherical, bound by a single membrane, and rich in digestive enzymes , naturally occurring proteins that speed up biochemical processes. For example, lysosomes can contain more than three dozen enzymes for degrading proteins, nucleic acids, and certain sugars called polysaccharides. Here we can see the importance behind compartmentalization of the eukaryotic cell. The cell could not house such destructive enzymes if they were not contained in a membrane-bound system.


Cellule animale

Note: The animal eukaryotic cell concept map is based upon this article, and these two are meant either to be given out as homework or to be done in class as a team exercise to fill in the concept map blanks. I think it is best utilized as a normal homework assignment to clarify in the students minds exactly how the parts of the cell are connected.


Interesting Examples of Genetic Engineering That’ll Leave You in Awe

Genetic engineering is the technique that gives the power to desirably manipulate the genome of an organism. This ability has been explored and experimented in several organisms, some of which have been commercialized whereas the practical applications of some are being tested.

Genetic engineering is the technique that gives the power to desirably manipulate the genome of an organism. This ability has been explored and experimented in several organisms, some of which have been commercialized whereas the practical applications of some are being tested.

The first genetically modified organism was created by Herbert Boyer and Stanley Cohen in 1973. It was a bacterium Escherichia coli that contained genes for antibiotic resistance.

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Genetic engineering refers to a fast-growing technology that enables modifications in the genetic make up of an organism. This includes addition of new gene(s), deletion of gene(s) or even manipulation of the existing genes to introduce or get rid of specific traits and characteristics.

The resultant organisms, containing a genome altered in such a way, are collectively termed as genetically modified organisms (GMOs). In case of manipulation by addition of genes, the organisms which contain genes added from a different variety of the same species are called cisgenic organisms whereas those containing genes from a foreign species are called transgenic organisms.

Since the first successful attempt in 1973, several organisms were experimented with, giving rise to several interesting genetic engineering examples. Some of the significant ones have been described below.

Insulin-producing Bacteria

Insulin injection is a routine part of diabetes treatment today. But this insulin actually comes from a genetically engineered strain of E. coli. Prior to this, insulin was sourced from pancreas of pigs and other animals.

At the well-known biotech company Genentech Inc. (short for Genetic Engineering Technology), scientists were exploring genetic engineering to develop human hormones in bacteria. One of the examples include the development of E.coli that produced human insulin. For this, they isolated the human gene for insulin, and accordingly designed a gene that would specifically produce human insulin protein, when inserted in the bacterial genome. These man-made genes were introduced in the bacterial genome to get the production of insulin on a large scale.

In 1982, this synthetic insulin was approved by U.S. Food and Drug Administration (FDA). Sold under the brand name Humulin, it is the first-ever therapeutic product that was generated through genetic engineering. This genetic engineering attempt not only changed the scenario for treatment of diabetes, but for several other conditions as well. Now owned by F. Hoffmann-La Roche Ltd., Genentech continues to be known as the founder of the biotechnology industry.

Terminator Seeds

The ability to modify plant genomes and introduce genes for a specific desired trait into a desired plant, gave rise to an array of experiments on several commercially important crops. Several biotech companies developed seeds for plants that are disease-resistant, pest-resistant, herbicide-resistant, or that give high yields. But, in order to protect their intellectual property rights, a new technology known as the Genetic Use Restriction Technology (GURT) or Terminator Technology, was born. The seeds generated through this technology are called terminator seeds or suicide seeds.

The characteristic feature of terminator seeds is their ability to generate plants that give rise to sterile seeds. In simple terms, a farmer buys the seeds, sows them to reap a good harvest of a crop that is genetically modified to possess a desirable trait. But, the new seeds that are formed in these genetically modified (GM) crops are sterile and cannot be used for the next season. He has to buy the seeds again.

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An advancement over this technology is the development of a genetically engineered crop that yields sterile seeds, but the desired trait that has been engineered will be functional only when an inducer chemical is administered. This inducer chemical needs to be purchased from the respective company. Thus, the farmer may save the seeds from his harvest but needs to purchase the inducer every year.

A huge controversy surrounds this technology since its proposition by Monsanto in the 1990s, with claims that it is a new way to rob farmers and make profits. But the proponents argue that they need to make up for the costs incurred in developing the technology. Apart from protection of intellectual property, the biggest advantage conferred by such a technology is that it prevents the genetically altered trait from spreading to wild plants, which is one of the risks involved in use of GM crops. Nevertheless, the agribusiness giant agreed not to commercialize terminator seeds.

Glowing Organisms

Certain organisms possess a natural ability to produce light through a chemical reaction, a property known as bio luminescence. It is more commonly seen in marine animals, and the most famous example is a type of jellyfish called Aequorea victoria. It produces a protein called green fluorescence protein (GFP) that confers the ability to glow.

This protein was discovered and engineered by a trio of scientists, who won the Nobel Prize in Chemistry (2008) for their work. Later, the gene for GFP was introduced in an array of organisms leading to the development of genetically engineered glow-in-the-dark bacteria, fungi, plants, fish, mice, cats, dogs, marmosets, rabbits, pigs, etc.

GloFish is a genetically modified, fluorescent variety of zebrafish that has been trademarked by Yorktown Technologies. Varieties of this GloFish are available in different colors, including red, green, purple, etc., in several pet stores in USA. It is the only genetically modified pet that is commercially available.

This gene revolutionized genetic engineering techniques by providing a way to see the expression of genes. When combined with the gene of interest and introduced into an organism, it serves as a visible tag to know if the particular gene of interest has been expressed or not.

Drug-producing Chickens

Imagine a drug factory containing an array of chickens that lay eggs loaded with medicinal proteins. Some scientists are trying hard to ensure that such a day arrives soon.

A group of scientists at the Roslin Institute in Scotland, have developed a GM chicken that lays eggs containing medicinal proteins. Egg-whites are naturally loaded with a protein called ovalbumin. What the group of scientists did was introduced the gene for a foreign protein, instead of the ovalbumin gene, in a set of chickens. Consequently, the eggs of these GM chickens were loaded with the foreign protein.

Although a bit bizarre, this attempt if successful, will provide an easy way to generate large amounts of medicinal proteins useful for treatment of anemia, certain cancers, hematological disorders, etc. The ultimate result one may expect is availability of these drugs at comparatively lower prices.

Cows that Make Human-like Milk

How cool would it be if you could drink a bottle of milk, and get nutrition as well as antimicrobial agents!

There is a significant difference in the composition of cow milk and human breast milk. Apart from nutrients, human breast milk contains a variety of antimicrobial agents as well as antibodies and other proteins required for immunity. These proteins are vital for proper development of the immune system in infants, as well as to maintain a healthy gut microflora.

At the State Key Laboratory for Agrobiotechnology in China, a group of scientists developed transgenic cows that were engineered to produce an antimicrobial enzyme that is present in large amounts in human milk. In another set of experiments, they genetically engineered cows to produce milk containing certain immunity-providing proteins of human milk.

As a step ahead, they have managed to develop cattle that produce milk with a fat content similar to that of human milk. They claim that in cases where lactation is not feasible, such humanized milk can prove to be a better substitute rather than the infant formulas.

Anti-freeze Tomatoes

Ever wondered why fish do not freeze even at extremely low temperatures? What if this property could be transferred to fruits and vegetables, and be able to preserve them for a long time. In an attempt to explore this idea, scientists isolated a gene that makes an antifreeze protein in a fish called winter flounder, which is known to survive in extremely cold conditions.

This gene was integrated into the DNA of tomato plant cells, which were used to develop a new variant of tomato plants. Whether these tomatoes were frost-resistant is still unclear, and were never commercialized. However, they became the center-point of the huge debate over the development and commercialization of GM crops, and are infamously known as fish tomatoes.

Cress that Detects Land Mines

The safe removal of land mines is a major challenge and progressing at the current rate, removal of all the mines that have been laid till now would take more than a thousand years. Therefore, the need to develop a method to tag land mines, and avoid the innumerable accidents that occur during de-mining, is immense.

With this intention in mind, a company called Aresa Biodetection (Copenhagen, Denmark), has developed a GM thale cress (Arabidopsis thaliana), the favorite model of botanists and geneticists. This genetically engineered plant changes its color from green to reddish brown in the presence of land mines. Such a change occurs when the roots of the plant detect nitric oxide that evaporates from the explosives present in land mines. This detection system is active once the plant is 3-5 weeks old, and hence offers not just safe but faster way to spot land mines as compared to the current methods.

However, the practical applicability of this method is still not clearly evaluated. The company stopped its research on thale cress in 2008, and closed down in the following year.

Diesel-producing Bacteria

Although the arena of biofuels is being explored since the time of Henry Ford, only 10-20% of the fuel demand can be met through the currently available biofuels. In addition, the biofuel must be compatible with the current vehicle technology or should not demand significant technical modifications.

As a step towards this goal, a group of scientists at the University of Exeter (UK), genetically modified the pet experimental bacteria E. coli. This bacteria is known to produce certain long chain alkanes in order to build its cell membranes. Through genetic modification, the metabolic pathways of this organism were altered such that it produces and secretes hydrocarbons similar to those present in diesel. These hydrocarbons can be easily purified and used as a replacement for diesel.

Although at a preliminary stage as yet, this genetic engineering example has contributed significantly to the progress in biofuel techniques.

Singing Mice

Singing in mice has been reported by several scientists from all over the world, however, the frequencies at which they sing is not audible to humans. Especially famous is the Alston’s brown mouse or Alston’s singing mouse. It would be surely interesting if we could hear these songs too.

At the University of Osaka in Japan, geneticists were trying to study the effects of mutations in a strain of genetically engineered mice that are prone to mutations. One of the effects of a mutation may have altered vocalization in the mice, and a mouse that could sing at frequencies audible to humans was born.

This accidental genetic modification may provide an easy way to study communication patterns in mice as well as its similarities and differences with respect to other mammals.

Banana Vaccines

Scared of an injection but need to get vaccinated? Simple. Eat a banana and get vaccinated for diseases like cholera and hepatitis. Known for their high potassium content but infamous as high-fat fruits, bananas are one of the contenders in the development of edible vaccines.

A gene for the antigen required for immunity against a specific pathogen is introduced into the banana genome such that the antigen is present in the bananas. When an individual eats the banana, the antigen is picked up by certain specialized gut cells which initiate a cascade of immune processes. An immune memory for the antigen is generated, and the person is vaccinated for the respective disease.

Other plants being developed to produce edible vaccines include tomatoes, potatoes, corn, rice, wheat, soy, etc., with target diseases including malaria, cancers, hepatitis B, gastroenteritis, etc. But, an even more amazing advancement would be if the immunity could be passed to developing fetus. A pregnant woman eats a fruit or vegetable, gets vaccinated, and passes the chemical information required for immunity to the fetus.

Disease-preventing Mosquitoes

Mosquito is considered to be the most dangerous animal, since it has killed more humans than any other animals, as well as killed more humans than even wars and plague. What if this same mosquito is used to prevent the spread of diseases?

Aedes aegypti is the mosquito species responsible for the spread of dengue, yellow fever, and chikungunya. An interesting fact about them is that only females can bite and thus transfer the pathogenic virus. A single female lays about 500 eggs in her lifetime.

On the other hand, the male mosquito cannot bite since it does not have the mouth parts for biting. The more important fact about this male is that it is exceptionally adept at finding the female mosquitoes. Taking advantage of these two properties, scientists at the Oxford University developed the male mosquito that carries a gene which results in the death of the offspring. In a field experiment in Cayman islands, this technique yielded about 85% reduction in the mosquito population in four months.

A production unit at Oxford is being developed to produce such mosquitoes on a larger scale with plans of producing about 20 million mosquitoes in a single week.

Genetic engineering has opened up an array of approaches to tackle several challenges, that are not just limited to the medical community. However, this technology has to cross several hurdles including safety concerns, stability of the resultant GMOs, transfer of genes into the wild, as well as ethical and social issues.

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Commentaires:

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