biobiobio


 

Zwierzęta modyfikowane genetycznie

GMO W biologii molekularnej i technikach rekombinacji DNA dokonał się ogromny postęp. Pozwolił on na otrzymywanie modyfikowanych genetycznie organizmów zwierzęcych (GMO), które nie tylko przyśpieszą programy hodowli zwierząt, ale też pozwolą otrzymywać biofarmaceutyki, które pociągnął za sobą m.in. pozytywne skutki ekonomiczne.


Tradycja metody hodowli w zderzeniu z nowoczesną biotechnologią


Spoglądając na to jak człowiek udomawiał, a potem hodował zwierzęta, można pokusić się o stwierdzenie, że praktycznie wszystkie zwierzęta są w pewnej mierze genetycznie modyfikowane. Dlaczego? Dlatego, że człowiek dobierał i krzyżował ze sobą tylko takie zwierzęta, które posiadały odpowiednie cechy. Uzyskanie pożądanych efektów w postaci lepszej jakości wełny u owiec, większej ilości mleka u krów, czy odpowiednich cech u psów, które mogłyby żyć na dalekiej północy, trwało bardzo długo. Dziś, po opanowaniu metody podwójnej owulacji połączonej z przenoszeniem zarodków, otrzymuje się zwierzęta o bardzo dobrych cechach użytkowych. Zapłodnienie pozaustrojowe połączone z regulacją płci i z klonowaniem zarodków, znacznie zwiększa szanse na uzyskanie zwierząt genetycznie zmodyfikowanych. Transgeneza zwierząt niesie ze sobą szanse na wytwarzanie białek potrzebnych człowiekowi np. insuliny, powiększanie potencjału zwierząt hodowlanych, a dzięki uniwersalności kodu genetycznego, pozwoli przekroczyć granice międzygatunkową. Zwierzęta w przyszłości mogą stać się inkubatorami dla narządów przeznaczonych do przeszczepu.


Cele modyfikacji genetycznej zwierząt


W 1980 roku po raz pierwszy uzyskano transgeniczne zwierzę, była to mysz. Od tamtej pory liczba zwierząt poddawanych genetycznym ulepszeniom zwiększa się i służy dwóm celom. Pierwszy z nich jest czysto naukowy (poznawczy), ma on na celu poznanie genetycznej kontroli systemów fizjologicznych zwierząt i człowieka oraz opracowanie modeli chorób genetycznych. Kolejnym jest cel praktyczny, który obejmuje poprawę cech użytkowych, biomedyczne wykorzystanie produktów uzyskanych ze zwierząt genetycznie zmodyfikowanych, które występują tu jako bioreaktory.
Cel naukowy (poznawczy), jako model wykorzystuje w swoich badaniach np. myszy, których pełna sekwencja genomu została poznana w 2002 roku. W badaniach medycznych myszy przybliżyły naukowców do odpowiedzi na pytania o otyłość, cukrzycę, karłowatość, choroby układu krążenia, są również świetnym modelem do testowania nowych metod leczenia. Myszy, którym wszczepiono dodatkowy gen, lub te którym go usunięto (nokaut genu) wniosły bardzo wiele w poznanie procesów nowotworzenia, podziału komórek i rozwoju organizmu.

Praktyczny cel tworzenia zwierząt genetycznie zmodyfikowanych, to głównie:

1. Szybsze i kontrolowane rozmnażanie,

2. Lepsze wykorzystania paszy,

3. Większa odporność zwierząt na choroby i pasożyty (np. odporność kur na wirusa ptasiej grypy, odporność krów na priony powodujące BSE, czyli tzw. „chorobę szalonych krów”),

4. Wykorzystanie zwierząt w celach biomedycznych:
- Otrzymywanie białek o znaczeniu farmaceutycznym,
- Wykorzystanie ksenogenicznych organów i tkanek,
- Ksenogeniczne organy do transplantacji,

5. Poprawa jakości produktów żywnościowych:
- Większy przyrost i lepsza jakość wełny,
- Większy przyrost tuszy i lepsza jakość mięsa, efekt ten uzyskano po wprowadzeniu genu produkującego hormon wzrostu m.in. do karpia, królika, świni,
- Większa wydajność i jakość mleka. Wydajność została osiągnięta przez wprowadzenie genu kodującego proteiny, beta-, kappa- kazeinę.


Sposoby otrzymywania modyfikowanych genetycznie zwierząt


- Za pomocą inżynierii genetycznej

Jak sama nazwa wskazuje zwierzęta genetycznie zmodyfikowane są poddawane zabiegom z wykorzystaniem technik inżynierii genetycznej, aby przeprowadzić zmianę w ich genomach. Gen do modyfikowanego organizmu można wprowadzić na kilka sposobów. Jednym z nich jest zastąpienie normalnego genu jego zmutowaną kopią w procesie zastępowania genów. Taki zabieg umożliwia poznanie funkcji nowo wprowadzonego zmutowanego genu, którego działanie nie będzie „przysłaniane” przez prawidłowy gen.
Inny ze sposobów na zmianę w genach jest tzw. znokautowanie genu, czyli dokonanie dużej delecji w prawidłowo funkcjonującym genie. Taki sposób postępowania pozwala na poznanie funkcji prawidłowo działającego genu w organizmie zwierzęcia.
Najprostszym sposobem na otrzymanie zmodyfikowanego organizmu jest dodanie do genomu zmutowanego genu. Taka zmiana również, jak dwie poprzednie może dostarczyć ważnych informacji o wprowadzonym zmutowanym genie, zwłaszcza gdy przysłoni działanie prawidłowego genu.

- Za pomocą interferencji RNA

W genach można „rzeźbić” przy pomocy interferencji RNA (RNAi), uzyskując zwierzęta genetycznie zmodyfikowane. Metoda ta wykorzystuje mechanizm regulowania genów, który występuje również w naturze. Podczas wykonywania tej metody do komórki wprowadza się RNA, który swoją sekwencją pasuje do genu, który ma zostać wyłączony. Wprowadzona cząsteczka RNA hybrydyzuje z cząsteczką mRNA, powstającą w wyniku transkrypcji genu, po hybrydyzacji gen jest wyłączony. Małe fragmenty, które pozostały po procesie degradacji są następnie zbierane przez komórkę i służą do produkcji kolejnych dwuniciowych cząsteczek RNA, które kierują degradacją docelowych cząsteczek mRNA. RNAi może wywoływać dziedziczne zmiany w ekspresji genów, ponieważ krótkie fragmenty cząsteczek RNA mogą przechodzić do komórek potomnych.
Inny mechanizm interferencji RNA pozwala na stabilne inaktywowanie genów. Dzieje się tak podczas wnikania do jądra fragmentów RNA ze zdegradowanego mRNA i ich oddziaływania z konkretnym genem. Oddziaływanie to prowadzi do przeprowadzenia genu w nieaktywną transkrypcyjnie formę chromatyny. Proces ten nie został jeszcze w pełni poznany, jednak zakłada się, że RNA „wie” gdzie jest gen, dążąc do niego po komplementarności zasad. Metodę RNAi uważa się za bardzo dobre narzędzie do wyłączania pojedynczych genów.

- Przez zastąpienie genów wykorzystując do tego zarodkowe komórki macierzyste

Wykorzystując do tego eksperymentu myszy, w jego pierwszym etapie zmienioną wersję genu wprowadza się do zarodkowych komórek macierzystych (ES, ang. embryonic stem) hodowanych in vitro. W niewielkiej ilości komórek ES na drodze rekombinacji homologicznej dochodzi do zastąpienia normalnego genu genem zmienionym. Tak zmienione komórki można zidentyfikować, choć nie jest to łatwe i hodować. W takiej hodowli komórki będą zawierały gen zmieniony obok pierwotnej wersji genu.
W kolejnym etapie zarodkowe komórki macierzyste zawierające zmieniony gen wstrzykuje się do bardzo wczesnego zarodka myszy. Komórki te są włączane do rosnącego zarodka, a dorosły osobnik ma w swoim ciele część komórek somatycznych zawierających zmieniony gen. Zdarza się też tak, że zmienione geny pojawią się w linii komórek płciowych. Po skojarzeniu myszy posiadającej niezmodyfikowany genom z myszą zawierającą zmieniony gen, część ich potomstwa będzie miało zmieniony gen we wszystkich komórkach. Jeśli skojarzy się ze sobą dwie myszy ze zmienionymi genami, wtedy niektóre z ich potomstwa będą nosić dwa zmienione geny, po jednym w każdym chromosomie. Jeśli zmiana dokona się w genie wyjściowym, wtedy taki gen zostaje inaktywowanym i powstaje tzw. „znokautowana mysz”, która np. nie posiada strategicznego genu, który pozwoliłby jej osiągnąć dojrzałość i na długo przed nią taka mysz umiera.


Zwierzęta transgeniczne w medycynie


Rok 1987, to rok w którym po raz pierwszy otrzymano obce gatunkowo białko w gruczole mlecznym transgenicznego zwierzęcia. Od tej pory stosowano tę technologię, w której zwierzę służyło jako bioreaktor do produkcji białek terapeutycznych, głównie ludzkich wykorzystywanych w medycynie.
Dziś w dużym stopniu wykorzystywane są bakterie do produkcji białek leczniczych, w mniejszym stopniu są to komórki ludzkie hodowane in vitro z powodu dużych kosztów. Lecz nie wszystkie białka mogą wziąć swój początek w hodowli komórek bakteryjnych, a wysokie koszty eliminują ludzkie kultury in vitro. Dlatego przyszłość dla takich białek tkwi w roślinnych bądź zwierzęcych bioreaktorach. Od takiego zastosowania zwierzęcych bioreaktorów oczekuje się niskich kosztów produkcji wysokiej jakości białka terapeutycznego, białka które będzie można pozyskiwać z koziego, owczego lub krowiego mleka, ze spermy, jaj, moczu lub krwi. Do tej pory wykorzystując zwierzęta jako bioreaktory udało się wyprodukować ponad 900 białek, w odkryciu tym upatruje się świetlaną przyszłość dla gruczołów mlekowych jako źródła ludzkich białek terapeutycznych.


Zwierzęta transgeniczne jako dawcy organów


Dużym problemem lekarzy oraz ich pacjentów kwalifikujących się do transplantacji jest brak organów do przeszczepu. Obecnie trwają prace nad genetycznie zmodyfikowanymi organami nadającymi się do przeszczepów, a zwierzęciem znajdującym się w obszarze zainteresowania naukowców jest świnia – jako organizm najbardziej podobny anatomicznie i fizjologicznie do człowieka. Narządami pochodzącymi ze świni, a mogącymi uratować ludzie życia są: serce, nerka, wątroba. Głównym zadaniem naukowców będzie zniesienie immunologicznej bariery międzygatunkowej. Taka ostra reakcja immunologiczna pojawia się u człowieka po wykryciu obecności świńskiego antygenu Gal, który tworzy enzym alfa-1,3-galaktozylotransferaza, nie występujący u człowieka. Naukowcy uważają, że genetyczne pozbawienie antygenu Gal i enzymu go tworzącego powinno pozwolić na przeprowadzenie przeszczepów międzygatunkowych, połączonych z przyjmowaniem przez pacjenta leków „gaszących” niewielkie ogniska reakcji immunologicznej.
Prace nad międzygatunkowymi przeszczepami mają polski akcent. W ramach projektu „Wykorzystanie genetycznie zmodyfikowanych świń dla pozyskiwania organów do transplantacji u człowieka”, polscy naukowcy wyhodowali transgeniczną świnię TG 1154, która ma gen osłabiający barierę immunologiczną między świnią a człowiekiem.


Trudności w hodowli zwierząt modyfikowanych genetycznie


Wśród wielu znaków zapytania dotyczących GMO wiadomo już, że łatwiej otrzymać roślinę niż zwierzę genetycznie zmodyfikowane, dodatkowym problemem jest podtrzymanie dziedziczenia danej cechy w kolejnych pokoleniach. Obok takich przeszkód jak skomplikowanie procesu, znaczne koszty, trudności techniczne w uzyskaniu materiału do transgenezy, znajduje się jeszcze niewielka liczba zarodków do poddania ich mikroiniekcji DNA. Często zdarza się, że genetycznie zmienione zwierzęta chorują i są niepłodne.
Teoretycznie wprowadzony gen z daną cechą powinien dziedziczyć się zgodnie z prawami Mendla, tak jak reszta genów. Obecnie brak jest wystarczającej ilości danych by stwierdzić jak transgeny zachowają się w populacji zwierząt gospodarskich i czy w ogóle da się stworzyć takie stado. W eksperymentach z wykorzystaniem zwierząt gospodarskich z dużymi przerwami międzypokoleniowymi, uzyskanie transgenicznego potomstwa było trudne, a w niektórych przypadkach niemożliwe. Prace, jakie wykonano na myszach pokazują, że możliwe jest dziedziczenie cech zgodnie z prawami Mendla, jednak większa populacja ma tendencje do odrzucania wprowadzonej cechy w kolejnych pokoleniach.


GM

Obawy towarzyszące hodowli zwierząt modyfikowanych genetycznie


Obawy o zmiany w środowisku

Przeciwnicy wszelkiej postaci GMO obawiają się, że geny transgenicznych organizmów w tym wypadku zwierząt przedostaną się do środowiska, na które będą mieć negatywny wpływ. Takie obawy są nieuzasadnione, gdyż w większości przypadków takie zwierzęta są niezdolne do życia w warunkach innych niż gospodarskie.
Duże obawy ekologów budzą transgeniczne ryby, których mobilność, możliwość krzyżowania się z organizmami wyjściowymi i zdolność do opanowywania ekosystemów, spowodowały decyzje o hodowaniu transgenicznych ryb, które są bezpłodne.
Uczeni uważają, że wprowadzenie do gospodarstw transgenicznych krów i świń miałoby bardzo korzystny wpływ na środowisko. Takie zwierzęta zużywałyby mniej paszy, a tym samym produkowałyby mniejsze ilości odchodów – przykładem takiego zwierzęcia jest świnia Enviropig. Przeciwnicy zwierząt GM swoją niechęć do nich motywują tym, że transgeneza i klonowanie zwierząt zmniejsza ich bioróżnorodność. Zwolennicy zwierząt GM odpowiadają, że wszelkie działania człowieka dotyczące selekcji, chowu, uprawy zbóż również wpływają na ograniczenie bioróżnorodności środowiska.

Bezpieczeństwo konsumenta

Ci, którzy wahają się nad odpowiedzią na pytanie: „Czy miałbyś/miałabyś opory przed spożyciem produktu otrzymanego ze zwierzęcia genetycznie zmodyfikowanego?”, mogą być spokojni i równie spokojnie odpowiedzieć na to pytanie -„nie”. Podczas spożywania produktów nietransgenicznych roślinnych czy zwierzęcych, konsument również spożywa ich DNA, a tym samym geny. Podczas spożywania produktów z transgenicznych zwierząt, konsument spożywający ich DNA i geny nie powinien odczuwać niepokoju z racji tego, że nie może szkodzić mu przecież to co występuje w naturze, a przecież takie same produkty otrzymuje się ze zwierząt GM, tyle że o lepszej jakości.
Białka, jakie zostały wytworzone przez transgeniczne zwierzęta, nim zostaną dopuszczone do powszechnego obrotu zostają poddane seriom testów, które nadzorują niezależne komisje. Problem przeszczepów międzygatunkowych jeszcze długo się nie skończy, nawet gdy naukowcom uda się ominąć barierę immunologiczną. Następnymi problemami są choćby wirusy jakie z takich świńskich przeszczepów mogą przenikać do organizmu człowieka.


Produkty pochodzące ze zwierząt modyfikowanych genetycznie


Pierwszy lek, który opracowano w oparciu o technologię transgeniczną wyprodukowano w Europie. Europejska lista wytworzonych i dopuszczonych do obrotu produktów transgenicznych nie jest długa. Jednym z takich produktów jest lek o nazwie A Tryn, zawierający antytrombinę alfa, która usuwa zakrzepy. Lek ten pozyskiwany jest z transgenicznych kóz i stosowany jest u ludzi, u których nie występuje gen odpowiedzialny za antytrombinę alfa. Tacy ludzie podatni są na zakrzepice np. podczas operacji lub porodu.

Mariusz Kosakowski

Źródła:
1. „Podstawy biologii komórki”, Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter, Wydawnictwo Naukowe PWN 2007
2. „Organizmy genetycznie zmodyfikowane” – projekt realizowany dla Ministerstwa Środowiska i Centrum Informacji o Środowisku. Poznań 2007

Komentarze

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

Podręcznik biotechnologii

Menu podręczne

Kto jest online

38 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