biobiobio


 
 

Inżynieria genetyczna

agarozaAutor: Sylwia Michalczyk (studia: Technologia Żywności i Żywienia Człowieka)

Pojęcie inżynieria genetyczna ma stosunkowo krótką historię. Pojawiło się dopiero w połowie lat 70-tych, gdy po raz pierwszy stała się możliwa ukierunkowana modyfikacja DNA. Podstawą rozwoju tej dziedziny nauki była seria odkryć, z których wiele zostało nagrodzonych Nagrodą Nobla.


Inżynieria genetyczna - co to jest?


Już od dawna rolnicy i hodowcy zwierząt krzyżowali organizmy hodowlane w celu ulepszenia niektórych cech , np. uzyskania większej mleczności. Zabiegi te pochłaniały dużo czasu, a ich rezultaty nie zawsze były zadawalające. W następstwie krzyżowania osobnik potomny dziedziczy materiał genetyczny obu organizmów i oprócz cechy pożądanej przejmuje także inne właściwości. Obecnie zyskaliśmy nowe możliwości otrzymywania organizmów o pożądanych cechach. Posługując się metodami biotechnologii możemy zmieniać, usuwać, a nawet przemieszczać geny pomiędzy organizmami. Właśnie temu służy inżynieria genetyczna.

Inżynieria genetyczna polega na przenoszeniu genów z jednego żywego organizmu do innego. Umożliwia ona uzyskanie szczepów bakterii wytwarzających użyteczne białka, a także wyhodowanie roślin i zwierząt, w których komórkach ulegają ekspresji obce geny. Konsekwencją tych osiągnięć jest ogromny postęp w takich dziedzinach, jak farmaceutyka, medycyna i genetyka człowieka oraz rolnictwo. Współczesna inżynieria genetyczna rozwija się bardzo prędko i stosuje szereg różnych technik. Wiemy, że DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) zawiera instrukcję wszystkich działań żywej komórki. Gen stanowi część składową DNA. Każdy gen zawiera informację zakodowaną w jego chemicznej strukturze, w taki sposób, że cały zestaw genów w komórce determinuje wszystkie cechy organizmu. Geny zawierają w sobie pełną instrukcję chemiczną potrzebną organizmowi do funkcjonowania a ponieważ informacja ta jest przekazywana z pokolenia na pokolenie, potomstwo przejmuje cechy swoich rodziców. Obecnie naukowcy używają enzymów do rozrywania struktur DNA w konkretnych miejscach, wkładają w nie nowe kawałki i na powrót je "sklejają". Mogą oni w ten sposób "wyciąć i wkleić" geny z jednego do drugiego organizmu zmieniając w ten sposób strukturę DNA a zatem także naturalne cechy organizmu.


Zastosowanie inżynierii genetycznej.


Metody inżynierii genetycznej mają bardzo szerokie zastosowanie zarówno w rolnictwie, gdzie wykorzystywana jest do produkcji tzw. roślin i zwierząt transgenicznych, które dzięki wprowadzeniu dodatkowego zespołu genów posiadają nowe właściwości, np. zboże odporne na herbicydy czy niekorzystne warunki środowiska, zwierzęta ze zmienionym genem hormonu wzrostu, które osiągają szybszy przyrost masy ciała. Kolejnym miejscem zastosowania inżynierii jest farmakologia. Bakterie wykorzystywane są do produkcji bardzo ważnych substancji białkowych i leczniczych, takich jak ludzkiej insuliny. Następnym obszarem zastosowania innowacyjnej technologii jest diagnostyka medyczna. To właśnie inżynieria genetyczna pozwala na postawienie skutecznej diagnozy dzięki umiejętności klonowania, czy rekombinacji fragmentów DNA. Trzecim obszarem zastosowań inżynierii są terapie genowe. Inżynieria pozwala na wymianę wadliwego genu i zastąpienie go genem działającym poprawnie. Warto dodać, że może być ona wykonywana na komórkach somatycznych jak i zarodkowych. Czwartym zastosowaniem są eksperymenty. To właśnie dzięki nim zmodyfikowane zwierzęta czy rośliny są wykorzystywane przez badaczy jako tzw. organizmy modelowe, dzięki czemu można dużo szybciej opracować nowe metody leczenia nieprawidłowości w organizmie człowieka. Ostatnim obszarem zastosowania inżynierii genetycznej jest inżynieria genetyczna człowieka. Polega ona nie tyle na terapii wadliwie działającego organizmu, co na poprawieniu lub wzmocnieniu niektórych cech ludzkich. Jako przykład można podać na przykład regulacja snu, zapotrzebowanie na pokarm, agresja czy skłonności do częstych zachorowań. Warto dodać, że w dzisiejszych czasach rodzice będą mogli ,,zaprojektować" sobie idealne dziecko, co wzbudza wiele kontrowersji i negatywnych opinii wśród ludzi.


Inżynieria genetyczna w medycynie


Współcześnie, dziedzina jaką jest inżynieria genetyczna rozwija się niezwykle szybko i ma coraz szersze zastosowania, zwłaszcza w medycynie. Stwarza ona ogromne szanse dla ludzi dotkniętych lub zagrożonych niedoskonałościami genetycznymi poprzez stosowanie tzw. terapii genowych.

Jest kilka sposobów naprawy nieprawidłowo funkcjonującego genomu:

- podstawienie uszkodzonych alleli prawidłowymi;

- korekcje, czyli naprawa uszkodzonych genów;

- wprowadzenie normalnego genu do zmutowanej komórki na przykład drogą transdukcji.

U człowieka, jak wiadomo, istnieje bardzo dużo zaburzeń wywołujących choroby genetyczne, których przyczyną są zmiany w ludzkich genach. Zmiany te powodują brak białka lub wytwarzanie białka niedoskonałego. Inżynieria genetyczna rozwiązała te problemy przez umożliwienie klonowania genów kodujących poszczególne białka. Obecnie wykorzystuje się drobnoustroje produkujące insulinę, czynniki krzepliwości krwi i hormon wzrostu, które można otrzymać w wyniku rekombinacji DNA. Należy dodać, że produkty te pozbawione są zanieczyszczeń wywołujących choroby u ludzi (ryzyko takie dotyczy substancji leczniczych, produkowanych przez zwierzęta).

Metodami inżynierii genetycznej produkowane są także szczepionki, stosowane głównie przeciwko chorobom wirusowym. Wykorzystuje się m.in zrekombinowane drożdże (jako zmienione genetycznie mikroorganizmy), produkujące szczepionki przeciwko wirusom zapalenia wątroby typu B. Obecnie prowadzi się też badania nad wykorzystaniem bakterii lub drożdży do syntezy szczepionek chroniących przed AIDS. Ponadto, zmodyfikowane bakterie E. coli wykorzystuje się obecnie do syntezy całego szeregu leków np. przeciwzakrzepowych. Na skalę przemysłową produkowane są także:

- czynnik IX (krzepnięcia krwi);
- interferony alfa, beta i gamma (działanie przeciwwirusowe, przeciwnowotworowe i odpornościowe);
- interleukina (czynnik układu immunologicznego);
- erytropoetyna (hormon stymulujący produkcję erytrocytów).

Na wdrożenie czeka jeszcze kilkadziesiąt nowych biotechnologii produkcji innych substancji, produkowanych dotychczas jedynie w organizmie człowieka i zwierząt. Duże nadzieje wiąże się z możliwością wprowadzania genów do komórek u ludzi, np. w celu uzupełnienia braków genetycznych czy też walki z nowotworami. W nauce oraz medycynie duże znaczenie odgrywają sondy molekularne, które stanowią element testów diagnostycznych (tzw. testy genetyczne) wykorzystywanych w celu wczesnego wykrywania szeregu chorób dziedziczonych . W badaniach takich wykorzystuje się zdolność sondy do hybrydyzacji z określoną sekwencją badanego DNA.

Inne przykłady zastosowania inżynierii genetycznej w medycynie to możliwość „produkcji” przez organizmy transgeniczne ludzkich organów niezbędnych do przeszczepów. Początkowe stadia badań dają bardzo obiecujące rezultaty w tym przeprowadzane już eksperymenty z transgenicznymi świniami. Z pojęciem inżynierii genetycznej wiąże się bardzo aktualny dziś temat mianowicie klonowanie. Klonowanie to inaczej tworzenie identycznych kopii oryginału. W przypadku organizmów wyższych można to zrobić na dwa sposoby: pierwszy polega na wykorzystaniu komórek zarodka, zanim jeszcze zdążą się zróżnicować w komórki skóry czy mięśni; w przypadku drugiego sposobu komórki są dojrzałe i zróżnicowane - należy je zmusić, aby zachowywały się jak komórki zarodka. Tak właśnie powstała Dolly, a od tego czasu świat podzielił się na zwolenników i przeciwników klonowania. Wiadomo bowiem, że tworzenie klonów nie będzie dotyczyło tylko zwierząt, ale przede wszystkim człowieka. Warto jednak zauważyć, że technologia jaką jest klonowanie może być pomocne w produkcji leków, poznawaniu mechanizmu chorób, a także w produkcji narządów których organizm nigdy nie odrzuca.


Inżynieria genetyczna - zalety i wady


Inżynieria genetyczna wciąż się rozwija, a lista jej zastosowań jest bardzo długa. Jednak jak każda nowa technologia ma swoich zwolenników i przeciwników, a oprócz niewątpliwych zalet posiada także wady. Nie wątpliwie jedną z pozytywnych cech stosowania inżynierii genetycznej jest tworzenie nowych odmian gatunków roślin uprawnych. Dzięki temu uzyskujemy rośliny dające wyższe plony, oraz mające większą odporność na szkodniki, warunki atmosferyczne, czy środki ochrony roślin. A jeśli zmodyfikujemy je jeszcze bardziej możemy uzyskać rośliny o smaczniejszych owocach i bogatszych w związki mineralne i witaminy niezbędna dla ludzkiego organizmu. Jeśli chodzi o człowieka to dzięki wprowadzeniu genu ludzkiego do bakterii to będą one produkowały ludzkie białka jak insulina potrzebna diabetykom chorym na cukrzycę, czynniki krzepliwości krwi dla chorych na hemofilię. Co najważniejsze można produkować tanio i bardzo wydajnie. Dzięki inżynierii genetycznej można tworzyć zwierzęta transgeniczne, w których mleku produkowane były by białka niezbędne dla ludzi chorych. Przyszłościowym zastosowaniem jest terapia genowa. Dzięki niej wielu pacjentów z chorobami genetycznymi będzie miało szanse wyzdrowieć bądź żyć normalnie to wielki krok dla tych ludzi. Niestety jak każda nowoczesna technika, także inżynieria genetyczna nie jest pozbawiona wad. Ingerowanie w geny żywych organizmów i tworzenie na duża skalę mutantów w laboratoriach napotyka na wątpliwości etyczne. Ludzie boją się jeść żywność modyfikowaną genetycznie, gdyż choć niewątpliwie jest ona lepsza od tradycyjnej, to nie poznano jeszcze jej wpływu na organizm człowieka, a negatywne skutki mogą pojawić się dopiero po wielu latach. Techniki inżynierii genetycznej mogą też służyć do klonowania. O ile używanie klonowania do badań lub w działaniach mających na celu zachowanie rzadkich gatunków można jeszcze zaakceptować, to klonowanie np. ulubionego kota dla zabawy, lub co gorsza klonowanie człowieka jest wysoce nieetyczne. Innym zagrożeniem płynącym ze stosowania technik inżynierii genetycznej jest możliwość użycia ich przez terrorystów. Teoretycznie możliwe jest wytworzenie nowego rodzaju śmiertelnych wirusów lub bakterii przeciwko którym nie ma szczepionki i użycie ich jako broni biologicznej. Bioterroryści mogą w ten sposób zmodyfikować np. bakterie wąglika lub dżumy, lub wiele innych chorób. Wymieniana wśród zalet terapia genowa też ma swoje wady. Wprowadzając nowy gen w niewłaściwe miejsce można uszkodzić prawidłowo działający gen, a nawet doprowadzić do wywołania nowotworu. Poza tym podawane obce wektory wirusowe mogą powodować silną odpowiedź obronną organizmu.


agaroza

Organizmy transgeniczne


Organizmy Transgeniczne są to organizmy genetycznie modyfikowane, których materiał genetyczny został wzbogacony o obce geny przeniesione z innego gatunku. Ogólnie mówiąc, modyfikacja polega na wszczepieniu do genomu modyfikowanego organizmu fragmentu DNA z innego organizmu, który odpowiedzialny jest za daną cechę, lub też na modyfikacji genu, lub usunięciu go całkowicie z organizmu. Przenoszony gen to tzw. transgen - stąd organizmy transgeniczne. Po przeniesieniu transgenu jest on na stałe włączony do genomu gospodarza i od tej pory już będzie obecny u wszystkich organizmach potomnych.

Modyfikacje roślin polegają przede wszystkim na wprowadzeniu lub usunięciu z nich określonych genów i mają na celu:
- zwiększenie odporność na herbicydy (środki ochrony roślin), szkodniki, infekcje wirusowe, bakteryjne i grzybowe,

- zwiększenie tolerancji na stres abiotyczny (głównie zmiany klimatyczne),

- przedłużenie trwałości owoców, poprawę składu kwasów tłuszczowych oraz aminokwasów, unormowanie stężenia fitoestrogenów, zwiększenie zawartości suchej masy, zmianę zawartości węglowodanów, karotenoidów i witamin, usunięcie toksyn czy związków utrudniających przyswajanie składników, zwiększając np. zawartość substancji niezbędnych dla zdrowia,

Najczęściej modyfikowanymi roślinami są: kukurydza, pomidory, soja, ziemniaki, bawełna, melony, tytoń, buraki cukrowe. Pierwszym organizmem transgenicznym był tytoń, a pierwszym wprowadzonym do obrotu pomidor, który lepiej znosił transport i dłużej zachowywał świeżość. Nie wiadomo jednak, jakie mogą być skutki spożywania transgenicznych roślin. Natomiast modyfikacje zwierząt mają na celu głównie uzyskanie zwierząt o pożądanych cechach w hodowli. Rozróżniamy następujące przykłady modyfikacji organizmów zwierzęcych: Po pierwsze, modyfikacje mające na celu wytwarzanie w organizmie zwierząt genetycznie zmienionych białek wykorzystywanych jako leki - czyli wykorzystywanie ich jako bioreaktorów. Modyfikowane w tym celu są głównie krowy, kozy, owce, gdyż pożądane białka wytwarzane są w gruczołach mlecznych i wydzielane z mlekiem. Produkowana jest antytrombina - ludzki enzym - czynnik krzepliwości krwi, pozwala na kontrolę powstawania zakrzepów, produkcja antytrypsyny - stosowanej w leczeniu rozedmy płuc, erytropoetyny - leczenie anemii. Po drugie modyfikacje polegające na wprowadzeniu genów produkujących hormon wzrostu w celu uzyskania szybszego wzrostu zwierząt hodowlanych. W ten sposób modyfikowane są głównie ryby: karpie, łososie, ale także na zwierzęta gospodarskie : świnie, króliki, owce. Po trzecie modyfikacje dzięki którym krowy dają więcej mleka, oraz mleko jest specjalnie przystosowane do produkcji serów. Taka modyfikacja powoduje to, iż z mleka łatwiej jest uzyskać ser - można go uzyskać więcej z tej samej objętości mleka oraz szybciej. Po czwarte modyfikacje mające na celu zwiększenie odporności na choroby, oraz inne modyfikacje tj.:

- modyfikacje do celów naukowych zwierząt laboratoryjnych - myszy, szczurów,
- owce wytwarzające wełnę toksyczną dla moli i nie kurczącą się w praniu,
- lepsza jakość mięsa, mleka,
- transgeniczne koty dla alergików - ich sierść nie powoduje alergii,
- transgeniczne rybki akwariowe z genami z meduzy, dzięki którym fluoryzują w ciemności.

Modyfikacje zwierząt nie są tak popularne jak roślin, głównie ze względu na trudności w samym procesie modyfikacji, proces jest bardzo skomplikowany i trwa długo, koszty są bardzo duże. Zwierzęta modyfikowane genetycznie często chorują, bądź są bezpłodne. Metody, którymi biotechnologowie się posługują by tego dokonać bywają odmienne w odniesieniu do roślin i zwierząt. Wprowadzenie do sprzedaży i upowszechnienie żywności modyfikowanej genetycznie żywności jest tematem budzącym ogromne kontrowersje. Z jednej strony panuje zachwyt nad nowymi możliwościami, jakie stwarzają genetyczne modyfikacje, z drugiej istnieje wiele obaw z tym związanych. Produkcja genetycznie modyfikowanej żywności stwarza wiele możliwości i niesie ogromną liczbę potencjalnych korzyści. Coraz częściej jednak napotykamy na głosy przeciwników, którzy sugerują szkodliwość upraw transgenicznych względem środowiska naturalnego oraz konsumentów. Do tej pory nie udało się stwierdzić negatywnego wpływu genetycznie modyfikowanej żywności na organizm ludzki. Nie udało się też jednak udowodnić jej całkowitej nieszkodliwości. Nadal nie znane są skutki jakie może wywołać jej długotrwałe spożywanie. Podsumowując inżynieria genetyczna to bardzo obiecująca technologia. Daje nadzieje na lepsze życie w przyszłości, jednak aby jej stosowanie było bezpieczne należy opracować odpowiednie normy prawne oraz przeprowadzić niezbędne długoterminowe badania. Firmy farmaceutyczne i biotechnologiczne dążące do jak największego i szybkiego zysku nie zawsze o tym pamiętają. Dlatego jak każda rewolucyjna idea wywołuje szereg kontrowersji ale i nadziei.

Źródła:
1. Organizmy genetycznie modyfikowane. Projekt realizowany dla Ministerstwa Środowiska i Centrum Informacji o Środowisku. Poznań 2007.
2. Ahmed. F.E, 2002, Detection of genetically modified organisms In foods. Trends in Biotechnology 5.
3. Klein. M, Madej. M, 2005, Rośliny i żywność genetycznie modyfikowana. Środowisko a zdrowie, e-biuletyn, 8, 2-7.
4. Anioł. A, 2006, Zielona biotechnologia, czyli uprawa transgenicznych odmian roślin: korzyści i zagrożenia, Aura,2, 8-10.
5. Silva. J, 2008, Human Genetic Engineering. (www.scribd.com/doc/19759997/Human-Genetic-Engineering-PDF).


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Reklama

Menu podręczne

Kto jest online

123 anonymous users oraz 0 registered users online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły.

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2013 e-biotechnologia.pl
stat4u