GMO, czyli organizmy zmodyfikowane genetycznie to rośliny, zwierzęta i drobnoustroje, których geny zostały celowo zmienione przez człowieka. Rekombinacja DNA i inne pokrewne techniki pozwalają tworzyć organizmy o odmiennych właściwościach niż macierzysty gatunek. Pierwszy "GMO" został stworzony w 1973 przez Stanley Cohena i Herberta Boyer'a

Metody tworzenia genetycznie zmodyfikowanych organizmów

Aby otrzymany organizm był transgeniczny, należy do niego wprowadzić kawałek DNA, który pochodzi od obcego organizmu. Nim jakiś organizm zostanie genetycznie zmieniony, transformowany, należy posiadać fragment materiału genetycznego, który pochodzi z innego organizmu. Może on zostać wycięty z większego fragmentu DNA, dzięki enzymom restrykcyjnymTak przygotowany materiał jest wprowadzany do zwierząt bądź roślin. Ten fragment najczęściej zwiera informację (cząsteczki białka), które będą wykorzystane przez organizm. Samo wprowadzenie materiału genetycznego nie jest łatwe

Metody dotyczące modyfikacji roślin

1. Metoda z wykorzystaniem wektora.

• W tej metodzie wykorzystuje się wektory do wprowadzenia materiału genetycznego do komórek roślinnych. Są nimi bakterie z rodzaju Rhizobium: Agrobacterium tumefaciens i Agrobacterium rhizogenes, które posiadają naturalną zdolność do wprowadzania swojego DNA do roślin. Te mikroorganizmy posiadają w swojej komórce plazmid, który wnika do komórki roślinnej, a jeden z jego fragmentów, nazwany odcinkiem T (T-DNA), integruje się z materiałem genetycznym komórki gospodarza.

Metoda ta ma poważne ograniczenie - można ją stosować wyłącznie do roślin dwuliściennych, ponieważ tylko one ulegają zarażeniu przez Agrobacterium. Rośliny jednoliścienne, do których należą zboża, nie mogą być transformowane tym sposobem.

2. Metody bez wykorzystania wektora.

Są to metody polegające na bezpośrednim wprowadzeniu DNA do komórek roślinnych. Pozwalają one na transformowanie dowolnych roślin. Nim fragment będzie mógł być wprowadzony do komórki gospodarza, ta musi być pozbawiona ściany komórkowej.

Otrzymuje się w ten sposób tzw. protoplast, którego błona komórkowa stanowi kolejną barierę dla transgenu, wprowadzanego do komórek z wykorzystaniem jednej z metod, ogólnie podzielonych na fizyczne i chemiczne.

Fizyczne

Elektroporacja - polega na wykorzystaniu serii impulsów elektrycznych, które naruszają strukturę błony, powodując powstanie w niej porów, przez które DNA może przeniknąć do wnętrza komórki. Podejście to może być stosowane też przy wprowadzaniu genów do innych komórek - zwierzęcych, bakteryjnych.

Mikrowstrzeliwanie - wykorzystuje mikroskopijne kulki złota lub wolframu o średnicy 0,5 - 5 mikrometra. Fragmenty DNA które pragnie się wprowadzić do komórek są opłaszczane na tych kulkach, a następnie wstrzeliwane do komórek roślinnych. Wadą metody jest niska wydajność oraz mogące wystąpić uszkodzenia komórek. Zaletą jest to iż komórki nie muszą być pozbawiane ściany komórkowej.

Chemiczne

Z użyciem PEG - polega na wykorzystaniu glikolu polietylenowego (PEG od ang. polyethylene glycol), który powoduje zwiększenie przepuszczalności błony komórkowej, poprzez prowadzenie do jej chwilowej, odwracalnej dezorganizacji. To pozwala na wniknięcie transgenu do komórek, wraz z DNA nośnikowym.

Fuzja liposomów - tworzone są liposomy, wewnątrz których są cząsteczki DNA. Tworzy się je poprzez utworzenie podwójnej błony lipidowej na roztworze z cząsteczkami DNA i wstrząsanie nie - powstają wtedy "kuleczki" błonowe z DNA w środku. Liposomy łączą się z protoplastami komórek wprowadzając do środka DNA.

Metody hodowli genetycznie modyfikowanych zwierząt

Istnieje wiele różnych technik stosowanych do generowania zwierząt transgenicznych, można je wszystkie podzielić na 3 kategorie

Technika oparta na wirusach

Jest to najstarsza z trzech głównych technologii. Następuje w niej wprowadzenie wirusa do komórki, po to, aby dostarczył transgen do docelowych jaj. Obecnie naukowcy z niej rezygnują, ze względu na jej niedoskonałość: wielokrotne wprowadzanie transgenu do obcego genomu utrudnia lub wręcz uniemożliwia interpretacje efektów badań.

Pronuklearne mikroiniekcje

W tej technice, samice zwierząt (np. myszy) otrzymują zastrzyk hormonalny, wywołujący wzmożoną produkcje komórek jajowych. Po takiej sesji hormonalnej zapładnia się naturalnie samice, które po określonym czasie zabija się w celu uzyskania embrionów. Następnie wprowadza się do nich transgeny za pomocą iniekcji.

20 lub 30 embrionów jest wówczas transferowanych do odpowiedniej liczby „pseudociężarnych” samic myszy (które były uprzednio przygotowane do przyjęcia ciąży). Po trzech tygodniach od wykonanego transferu następuje poród zwierząt, które przeżyły ten proces. Zazwyczaj 4-5% początkowych embrionów zawiera transgen

Embrionalne jądro komórkowe

Ta metoda posługuje się jądrem komórek, które mogą przekształcić się w komórki mózgu, mięśni itp. We wczesnym stadium rozwoju - blastocycie.

Komórki jądra są izolowane i przechodzą proces inkubacji in vitro. W tym czasie wprowadzany jest transgen za pośrednictwem zaprojektowanego wirusa lub prądu elektrycznego.

Transgen jest wprowadzany razem z innym genem tzw. markerem, który pozwala zidentyfikować jądro komórkowe zawierające transgen, oraz je wyselekcjonować antybiotykiem - tylko komórki zawierające transgen będą na niego odporne. Następnie zostają one połączone z nowym, „obcym” blastocytem, który jest następnie transferowany do ciężarnej samicy.

Ten proces powoduje powstawanie czasem zwierząt zwanych jako chimery, które składają się z komórek pochodzących z zawierających transgen komórek jądrowych i z komórek blastocytu. Często myszy stosowane jako źródło tych komórek, są różnych kolorów, tak, że proporcje tych dwóch rodzajów komórek w zwierzętach transgenicznych można szacować tylko obserwując ich umaszczenie

Zaletą tej techniki jest fakt, że wprowadzenie transgenu do obcego genomu jest ukierunkowane precyzyjnie, dzięki szczególnym elementom DNA otaczającym transgen. To obniża wywołanie mutacji w obcych genach, przez bardziej przypadkowe wprowadzenie. Jednak ta technika jest tak samo efektywna jak technika mikroiniekcji i także powoduje olbrzymie liczby zmarnowanych embrionów i dorosłych zwierząt.

Rośliny transgeniczne

Modyfikowane genetycznie są głównie rośliny mające duże znaczenie gospodarcze, zmiana genomu ma na celu nadanie im pożądanych przez człowieka cech, tj. większa trwałość, odporność na szkodniki, wirusy i grzyby, herbicydy (środki ochrony roślin), podniesienie ich cech jakościowych, np. lepszego smaku.

Modyfikuje się także rośliny ozdobne, które dzięki temu są trwalsze, mają intensywniejszy kolor. Zmodyfikowane genetycznie zostało większość roślin mających znaczenia dla człowieka

Modyfikacje roślin - typy

1. Odporność na herbicydy - chemiczne środki ochrony roślin, środki chwastobójcze.

2. Odporność na choroby powodowane przez grzyby, wirusy, bakterie.

3. Odporność na owady - szkodniki.

4. Odporność na niekorzystne warunki środowiska.

5. Poprawa cech jakościowych oraz użytkowych roślin

rośliny transgeniczne - przykłady

KukurydzaR

- odporność na owady - wszczepiony został gen odpowiedzialny za wytwarzanie białka, które zjadane przez owada niszczy jego przewód pokarmowy co doprowadza do śmierci. Białko to "działa" tylko w organizmach niektórych, ściśle określonych gatunków owadów-szkodników, nie jest aktywne np. u człowieka.

• wytwarzanie substancji używanych do wyrobu leków lub szczepionek

Ziemniaki

-wzrost zawartości skrobi,

-odporność na herbicydy, stonkę ziemniaczaną, wirusy,

-"słodkie ziemniaki" - wprowadzenie genu odpowiedzialnego za wytwarzanie słodkiego białka - taumatyny,

• -odporność na ciemnienie pouderzeniowe - większa trwałość

Pomidory

• spowolnienie dojrzewania, większa trwałość

• większa zawartość suchej masy,

• poprawa smaku,

• intensywniejsza barwa, cieńsza skórka.

• Truskawki

• wyższa słodkość owoców,

• spowolnienie dojrzewania,

• odporność na mróz.

Ryż

- zwiększona produkcja beta-karotenu, prekursora witaminy A - wszczepione został geny pochodzące z żonkila, modyfikacja w zamierzeniu miała rozwiązać problem braku witaminy A u dzieci w Azji Wschodniej.

Zwierzęta transgeniczne

Modyfikacje zwierząt mają na celu głównie uzyskanie zwierząt o pożądanych cechach w hodowli - szybciej rosnące świnie, ryby, zastosowaniu ich w produkcji białek, enzymów, innych substancji wykorzystanych w przemyśle farmaceutycznym (jako bioreaktory), uodpornieniu na choroby

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, czy są bezpłodne.

Zwierzęta transgeniczne - przykłady

1. Modyfikacje mające na celu wytwarzanie w organizmie zwierząt genetycznie zmienionych białek wykorzystywanych jako leki - czyli wykorzystywanie ich jako bioreaktorów.

2. Krowy dające więcej mleka, oraz mleko specjalnie przystosowane do produkcji serów.

3. Uzyskanie szybszego wzrostu zwierząt hodowlanych.

4. Odporność na choroby.

5. Modyfikowane świnie jako dawcy narządów

Kontrowersje wokół GMO

Entuzjaści GMO widzą wiele korzyści, jakie można zyskać dzięki modyfikacji informacji genetycznej organizmów

Największe obawy wzbudza jednak bezpośrednia szkodliwość produktów GMO względami organizmu ludzkiego. Uważa się, że białka będące produktami ekspresji transgenów, mogą modyfikować przebieg metabolizmu komórek i prowadzić do powstania związków szkodliwych, mogących powodować szereg chorób, uczuleń itp.

Obawy te są uzasadnione, jako że zdarzały się przypadki wystąpienia wysypek po spożyciu produktów GMO. Prawda jest jednak taka, że wiele spośród tradycyjnych produktów żywnościowych również powoduje uczulenia. GMO jest zaś poddana ogromnej liczbie badań, zanim zostanie odpuszczone do obrotu.

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 długotrwałe spożywanie GMO. Tak więc dyskusja na ten temat będzie z całą pewnością długa i burzliwa.

1

---