1.26. Osiągnięcia inżynierii genetycznej Opracowała Bożena Smolik Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska

Początek inżynierii genetycznej Na początku lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku dwóch amerykańskich biologów, Stanley Cohen i Herbert Boyer, podjęli się, jak dotąd nierealnego zadania: po raz pierwszy przenieśli ludzki gen do bakterii, pokazując, że podstawowa instrukcja życia zapisana jest we wszystkich organizmach w tym samym języku. To wydarzenie było początkiem ery inżynierii genetycznej.

Biotechnologia Aby móc wykorzystać jakiś organizm do celów przemysłowych lub naukowych, trzeba rozpoznać jego właściwości i zadecydować, która z nich może być przydatna. Wykorzystanie organizmów lub ich procesów życiowych do produkcji lub ulepszania innych organizmów nazywamy BIOTECHNOLOGIĄ. Organizmami powszechnie wykorzystywanymi przez człowieka do produkcji, ulepszania lub konserwowania żywności są bakterie, drożdże i grzyby.

Współczesne metody biotechnologii Transplantacja narządów - czyli przeszczepianie choremu narządów lub tkanek pochodzących od innej osoby, są jedną z metod ratowania życia osób, których organy są w stanie uniemożliwiającym wyleczenie. Uzyskiwanie zarodków zwierząt gospodarskich in vitro ; Potomstwo z zarodków uzyskanych in vitro otrzymano u wszystkich gatunków zwierząt gospodarskich: owce - 1987, bydło - 1988, świnie - 1989, kozy -1993, konie - 2002. Do metod współczesnej biotechnologii zaliczamy również inżynierię genetyczną.

Zastosowanie biotechnologii Ze względu na sposób wykorzystania można mówić o biotechnologii: - zielonej - czyli stosowanej w rolnictwie, związanej z uprawą transgenicznych roślin i hodowlą transgenicznych zwierząt. - białej – stosowanej w przemyśle spożywczym, np. w procesach produkcji alkoholu, przetworów mlecznych, wyrobów piekarniczych. - czerwonej – wykorzystywanej w medycynie do produkcji leków, szczepionek i farmaceutyków.

Inżynieria genetyczna Inżynieria genetyczna to zespół technik, mających na celu trwałą zmianę właściwości dziedzicznych organizmu w wyniku wprowadzenia do niego obcych genów. Inżynieria genetyczna polega na bezpośrednim manipulowaniu materiałem genetycznym. Inżynieria genetyczna umożliwia tworzenie nowych, nieznanych dotąd odmian roślin i zwierząt, najczęściej o korzystnych dla człowieka właściwościach użytkowych. Pospolicie metody inżynierii genetycznej stosuje się w rolnictwie, medycynie i farmakologii.

inżynierii genetycznej Podstawowe pojęcia inżynierii genetycznej Inżynieria genetyczna – zabiegi prowadzące do zmiany informacji genetycznej danego organizmu tak, by posiadał nowe, pożądane cechy. Najczęściej pobierane są ściśle określone fragmenty DNA od komórki dawcy i wprowadzane do komórki biorcy. Organizm transgeniczny – to organizm, który w swoim materiale genetycznym zawiera obce dla gatunku geny. Organizmy modyfikowane genetycznie (GMO - Genetically Modified Organisms) – to wszystkie organizmy uzyskane metodami inżynierii genetycznej.

Metody inżynierii genetycznej polegają na: izolowaniu fragmentów materiału genetycznego z komórki, wprowadzeniu zmian do informacji genetycznej, przenoszeniu fragmentów DNA do komórek innego organizmu, powielaniu (klonowaniu) genów i całych organizmów.

genetycznej umożliwiają m.in.: Techniki wykorzystywane w inżynierii genetycznej umożliwiają m.in.: tworzenie nowych kombinacji genów (również takich, które nie są spotykane w przyrodzie), konstrukcję użytecznych mikroorganizmów np. sztucznych plazmidów, wykorzystywane jako wektory, uzyskanie nowych odmian roślin i zwierząt, w tym organizmów transgenicznych,

Dokonania inżynierii genetycznej Rośliny Transgeniczne - Modyfikowane genetycznie są głównie rośliny mające duże znaczenie gospodarcze, zmiana genomu ma na celu nadanie im pożądanych przez człowieka cech, tj. np.: większą trwałość, odporność na szkodniki, wirusy i grzyby, herbicydy (środki ochrony roślin), podniesienie ich cech jakościowych, np. lepszego smaku. Zwierzęta transgeniczne - 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.

Modyfikacje genetyczne to przeważnie wprowadzenie genów pochodzących z innych gatunków, które nadają modyfikowanemu organizmowi pożądaną cechę, nie występującą u niego naturalnie. Główne zastosowania modyfikacji: zmodyfikowane mikroorganizmy są używane do produkcji pewnych substancji chemicznych, takich jak np. insulina, modyfikowanie roślin pozwala dodać/wzmocnić cechy zwiększające opłacalność produkcji.

Modyfikacje genetyczne w rolnictwie Najważniejsze modyfikacje dotyczą odporności na szkodliwe czynniki, takie jak różne choroby roślin, chwasty, czynniki klimatyczne itd., oraz wprowadzania do roślin genów produkujących pewne pożądane substancje (np. prowitamina A w zmodyfikowanym genetycznie ryżu). Na szeroką skalę GMO w rolnictwie stosuje się tylko w kilku krajach – przede wszystkim w Stanach Zjednoczonych.

Terapia genowa – polega na leczeniu chorób uwarunkowanych genetycznie za pomocą genów. Polega na wprowadzeniu zdrowego genu do komórek, w których odpowiednie geny nie produkują niezbędnego białka. Zadaniem wprowadzonych genów jest przejęcie funkcji genów, które nie działają prawidłowo. Technika ta jest jeszcze w fazie eksperymentu.

Znaczenie inżynierii genetycznej: W Rolnictwie W Medycynie Rośliny : -Zwiększenie odporności na choroby, środki chwastobójcze, owady -przyśpieszenie wzrostu roślin -opóźnienie psucia owoców i warzyw -nadanie roślinom odporności na niekorzystne warunki środowiska -zwiększenie wartości odżywczej produktów roślinnych Zwierzęta : -szybszy wzrost -większa masa mięśniowa -uzyskanie czynników krzepnięcia krwi, którą stosuje się w leczeniu chorych na anemię i hemofilię -produkcja leków, witamin, szczepionek -możliwości w diagnostyce oraz leczeniu chorób przewlekłych -możliwość rozpoczęcia terapii genowej -możliwość określenia genomu ludzkiego i tym samym stwierdzenia czy nie zachoruje on w przyszłości np. na nowotwór -możliwość zapłodnienia in vitro -dzięki inżynierii udało sie stworzyć testy na obecność wirusa HIV -do organizmów wprowadza się geny które pobudzają narządy do samodzielnego leczenia się

Niebezpieczeństwa związane z modyfikacjami genetycznymi: Największym niebezpieczeństwem jest zanieczyszczenie DNA rośliny lub ewentualnie innych gatunków tzw. zanieczyszczenie genetyczne. Jednakże, wbrew popularnym opiniom żywność zmodyfikowana genetycznie nie jest bardziej niebezpieczna dla zdrowia niż niemodyfikowana. W szczególności kompletną bzdurą jest uparcie powtarzany lęk przed wpływem "zmutowanych genów" na DNA człowieka. Niebezpieczna może być jedynie sytuacja, kiedy na skutek modyfikacji w organizmie powstaje toksyna. Oczywiście żywność jest sprawdzana pod tym kątem, jednak np. pewne toksyczne kombinacje z lekami mogą wyjść na jaw dopiero po wielu latach. Takie niebezpieczeństwa istnieją także w przypadku niemodyfikowanej żywności, lub produkcji leków metodami chemicznymi.

Zadania Podaj, czym się charakteryzują organizmy transgeniczne. Wymień, w jakich dziedzinach życia inżynieria genetyczna odnosi największe sukcesy. Wyjaśnij, na czym polega terapia genowa. Wyjaśnij, czym się zajmuje biała biotechnologia. Dokonaj wyboru i podaj najważniejsze według Ciebie osiągnięcie inżynierii genetycznej. Uzasadnij swój wybór.

Źródła W.Lewiński,J.Prokop, Biologia 2, Operon, Gdynia, 2004 J.Loritz-Dobrowolska i wsp., Biologia, Operon, Gdynia, 2007 B.Sągin, M.Sęktas, Puls życia, Nowa Era, 2008 B.Klimuszko, Biologia III, Żak, Warszawa 2001 E.Kłos i wsp., Ciekawa biologia, WSiP, Warszawa, 2002 E.Wierbiłowicz, Biologia, ABC, Poznań, 2001 B.Potocka, W.Górski, Biologia 2, MAC Edukacja,2003 Z.Sendecka i wsp., Vademecum, Operon, 2008r.