什么是转基因生物(a gmo)？

转基因是“转基因生物”的缩写。转基因已经存在了几十年，是创造具有特定特征的植物或动物的最有效和最快速的方法。它可以精确、特异地改变DNA序列。因为DNA基本上构成了整个有机体的蓝图，DNA的变化改变了有机体的性质和功能。操纵DNA的技术是在过去40年才发展起来的。

你如何通过基因改造生物体？实际上，这是一个相当广泛的问题。一个有机体可以是植物、动物、真菌或细菌，所有这些都可以而且已经进行了近40年的基因工程。20世纪70年代初，第一批转基因生物是细菌。从那时起，转基因细菌已经成为数十万个对动植物进行基因改造的实验室的主力。大多数基本的基因重组和修饰都是利用细菌（主要是大肠杆菌的一些变种）设计和制备的，然后转移到目标生物体。

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，植物细胞有细胞壁而动物细胞没有。

动植物基因改造的原因

转基因动物主要用于研究目的，通常用作药物开发的模型生物系统。已经有一些转基因动物被开发用于其他商业目的，例如作为宠物的荧光鱼，以及帮助控制携带疾病的蚊子的转基因蚊子。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，还没有转基因动物被批准作为食物来源。不过，随着AquaAdvantage鲑鱼通过审批流程，这种情况很快就会改变。

然而，对于植物，情况就不同了。虽然许多植物都是为了研究而进行基因改造的，但大多数作物基因改造的目的都是为了培育出对商业或社会有益的植物品种。例如，如果植物能够提高对彩虹木瓜等致病害虫的抗性，或者能够在不适宜居住、可能较冷的地区生长，那么产量就可以提高。成熟时间更长的水果，如无尽的夏季西红柿，在收获后提供更多的货架时间供使用。此外，人们还培育出了提高营养价值的特性，如富含维生素A的金黄大米，或是水果的效用，如不褐变的北极苹果。

本质上，任何可以通过添加或抑制特定基因而表现出来的特征都可以被引入。需要多个基因的性状也可以管理，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(a gene)？

在解释新基因是如何进入生物体之前，了解基因是什么很重要。正如许多人可能知道的那样，基因是由DNA组成的，DNA部分由四个碱基组成，通常被称为简单的A、T、C、G。这些碱基在基因DNA链上的线性排列顺序可以被认为是特定蛋白质的代码，就像句子文本代码行中的字母一样。

蛋白质是由氨基酸以各种组合连接在一起而成的大生物分子。当正确的氨基酸组合连接在一起时，氨基酸链折叠在一起形成具有特定形状和正确化学特征的蛋白质，使其能够执行特定功能或反应。生物主要由蛋白质组成。有些蛋白质是催化化学反应的酶；另一些则将物质输送到细胞中，有些则充当开关，激活或失活其他蛋白质或蛋白质级联。因此，当一个新基因被引入时，它会给细胞提供编码序列，使其能够产生新的蛋白质。

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都排列成几条长链，并卷成染色体。这些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，所有的染色体都首先复制。这是细胞的中心指令集，每个子代细胞获得一个副本。因此，要引入一种新的基因，使细胞产生一种赋予特定特征的新蛋白质，只需在一条长染色体上插入一点DNA。一旦插入，当任何子细胞像所有其他基因一样进行细胞复制时，DNA将传递给它们。

事实上，某些类型的DNA可以保存在与染色体分离的细胞中，并且可以利用这些结构导入基因，因此它们不会整合到染色体DNA中。然而，通过这种方法，由于细胞的染色体DNA发生了改变，在多次复制后，通常不会在所有细胞中保持。对于永久的和可遗传的基因改造，例如用于作物工程的那些过程，使用染色体改造。

新基因是如何插入的？

基因工程只是指将一个新的DNA碱基序列（通常对应于一个完整的基因）插入生物体的染色体DNA中。这在概念上似乎很简单，但从技术上讲，它变得有点复杂。有许多技术细节涉及到在正确的环境下将正确的DNA序列和正确的信号导入染色体，使细胞能够识别它是一个基因并利用它来制造新的蛋白质。

几乎所有基因工程程序共有四个关键要素：

1. 首先，你需要一个基因。这意味着你需要具有特定碱基序列的物理DNA分子。传统上，这些序列是使用几种费力的技术直接从生物体中获得的。如今，科学家通常只从基本的A、T、C、G化学物质中合成DNA，而不是从生物体中提取DNA。一旦获得该序列，就可以将其插入一段类似于小染色体（质粒）的细菌DNA中，由于细菌复制迅速，因此可以根据需要制造出尽可能多的基因。
2. 一旦你有了基因，你需要把它放在一条DNA链中，周围有正确的DNA序列，以使细胞能够识别和表达它。基本上，这意味着你需要一个称为启动子的小DNA序列，它向细胞发出信号以表达基因。
3. 除了要插入的主基因外，通常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个用来识别含有该基因的细胞的工具。
4. 最后，必须有一种将新DNA（即启动子、新基因和选择标记）导入生物体细胞的方法。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，它使用一种改进的22来复枪将DNA涂层的钨或金颗粒射入细胞。

对于动物细胞，有许多转染试剂包裹或复合DNA，使其能够通过细胞膜。DNA与修饰过的病毒DNA拼接在一起也很常见，修饰过的病毒DNA可用作基因载体将基因携带到细胞中。经过修饰的病毒DNA可以用正常的病毒蛋白质包封，形成假病毒，假病毒可以感染细胞并插入携带该基因的DNA，但不能复制产生新的病毒。

对于许多双子叶植物，该基因可以被放置在根癌农杆菌T-DNA载体的改良变体中。还有一些其他的方法。然而，在大多数情况下，只有少数细胞能够提取基因，这使得工程细胞的选择成为这一过程的关键部分。这就是为什么选择或标记基因通常是必要的。

但是，如何制造转基因老鼠或番茄呢？

转基因生物是一种拥有数百万细胞的有机体，上面的技术只描述了如何对单个细胞进行基因工程。然而，生成整个生物体的过程基本上涉及对生殖细胞（即精子和卵细胞）使用这些基因工程技术。一旦插入了关键基因，剩下的过程基本上是利用遗传育种技术生产出在体内所有细胞中都含有新基因的植物或动物。基因工程实际上只是对细胞进行的。生物学做其余的事。