Organizmy genetycznie zmodyfikowane

(ang. genetically modified organisms;

GMO)

GMO - organizmy zmodyfikowane genetycznie to rośliny,
zwierzęta i drobnoustroje, których geny zostały celowo zmienione
przez człowieka

Według art. 3

ustawy

z dnia 22 czerwca 2001 r. o organizmach

genetycznie zmodyfikowanych

GMO

to organizm inny niż

organizm człowieka, w którym materiał genetyczny został
zmieniony w sposób niezachodzący w warunkach naturalnych
wskutek

krzyżowania

lub naturalnej

rekombinacji

Modyfikacje, jakim podlegają organizmy można podzielić na trzy
grupy:
- zmieniona zostaje aktywność genów naturalnie występujących
w danym organizmie
- do organizmu wprowadzone zostają dodatkowe kopie jego
własnych genów

- wprowadzany gen pochodzi z organizmu innego gatunku
(organizmy transgeniczne)

Modyfikacje genetyczne budzące najwięcej kontrowersji to
wprowadzanie genów pochodzących z innych gatunków, które
nadają modyfikowanemu organizmowi pożądaną cechę, nie
występującą u niego naturalnie

Oceny pozytywne – sprawdzone i udowodnione skutki genetycznej modyfikacji

żywności
Oceny negatywne – przypuszczenia, brak dowodów
Nie udało się stwierdzić negatywnego wpływu genetycznie modyfikowanej

żywności na organizm człowieka
Nie udało się udowodnić całkowitej nieszkodliwości żywności modyfikowanej

genetycznie
Nie są znane skutki, jakie może wywoływać długotrwałe spożywanie żywności

modyfikowanej genetycznie

Mikroorganizmy transgeniczne

Organizmy jednokomórkowe (np. bakterie, drożdże), do

których został wprowadzony zrekombinowany DNA

Produkcja ważnych białek:

 wprowadzenie do bakterii lub drożdży genu poprzez

plazmid

 produkcja białek na dużą skalę (bioreaktory) -

insulina, hormon wzrostu, interferony,
szczepionki

Biodegradacja:

 rozkład odpadów, często związków
toksycznych (detergenty, chlorek metylenu,
pochodne fenoli, związki rtęci)

 specyficzne enzymy rozkładające
związki chemiczne

Hodowle komórkowe – komórki ssacze, owadzie

1. Wprowadzanie obcego DNA do komórek – transfekcja
2. Ekspresja genu bezpośrednio na matrycy plazmidu
3. Rekombinacja DNA (wprowadzonego za pomocą

plazmidu) z chromosomowym DNA

 Modele badawcze (nowotwory, mukowiscydoza, AIDS,

cukrzyca)

 Badanie struktury i funkcji genu

Rośliny transgeniczne

1. Wprowadzanie obcego DNA do komórki roślinnej
 Agrobacterium tumefaciens (plazmid Ti – naturalny

inżynier genetyczny)
 Działko (cząsteczki złota lub wolframu opłaszczone DNA)

 Mikroiniekcja

 Elektroporacja

2. Zastosowanie
 Większa wydajność i jakość roślin

 Odporność roślin na choroby, środki owadobójcze, środki
chwastobójcze

 Zwiększenie tolerancji na stres abiotyczny (np. zmiany
klimatu)

 Produkcja leków (szczepionki, przeciwciała)

 Przedłużenie trwałości owoców

 Poprawa składu kwasów tłuszczowych, białek,
aminokwasów

Zwierzęta transgeniczne

Modyfikacja komórek rozrodczych – wprowadzenie
DNA do zapłodnionej komórki rozrodczej (zygoty)
przed jej podziałem

 Modele badawcze (nowotwory, mukowiscydoza,

AIDS, cukrzyca, choroby dziedziczne, choroby
zakaźne, badania nad mechanizmami rozwoju)
 Badanie struktury i funkcji genu

 Produkcja leków (np. antytrombina III)

 Większa wydajność i jakość mięsa, mleka, wełny

Bezwektorowe wprowadzanie DNA do komórek

Mikroiniekcja

Wstrzeliwanie DNA do komórek –
metoda „armatki genowej”,
wstrzeliwanie drobnych (0.5 – 5
μm) kuleczek złota lub wolframu
opłaszczonych DNA

Transgeniczne zwierzęta to organizmy, które mają obcy DNA
wbudowany trwale do komórek rozrodczych - komórek linii
płciowej.

Uzyskuje się je trzema sposobami :
- dzięki mikroiniekcji in vitro wprowadza się DNA do jednego z
przedjądrzy zapłodnionej komórki jajowej przed pierwszym jej
podziałem,
- przez infekcję wczesnego zarodka zrekombinowanym wektorem
pochodzenia wirusowego,

- poprzez modyfikację genetyczną pierwotnych komórek węzła
zarodkowego i wprowadzenie ich do zarodka w stadium
blastocysty, ponieważ komórki węzła zarodkowego są zdolne do
różnicowania się we wszystkie typy komórek; dorosła mysz
poddana wcześniej takiemu zabiegowi będzie chimerą - będzie
złożona z komórek węzła zarodkowego oryginalnego zarodka i z
komórek transgenicznych, dalsze krzyżówki pozwalają uzyskać
myszy homozygotyczne pod względem transgenu.

Zwierzęta
transgeniczne

Film

Produkcja białek

rekombinowanych w

organizmach

zwierząt

dawca
DNA

gen kodujący
białko (np.
antytrombinę
III)

wprowadzenie
genu do
komórki
gospodarza

zapłodnio
ne jajo -
zygota

komórka
transgenicz
na

embrion

oczyszczon
e białko

produkcja
białka i jego
wydzielanie
z mlekiem

Wykrywanie produktów transgenicznych

 Detekcja specyficznych fragmentów wektorowego

DNA wbudowanego w genom roślinny – metoda PCR

 Możliwość ilościowego oznaczania produktu pochodzenia

transgenicznego – metoda PCR

Klonowanie - w potocznym rozumieniu to proces tworzenia
idealnej kopii z oryginału

Klonowanie to proces tworzenia organizmów mających taką
samą

informację genetyczną

jak dawca

Klonowanie

genów

- w

genetyce

i

biologii molekularnej

proces

wyodrębniania

genu

. Polega na łączeniu fragmentów materiału

genetycznego z wektorem i ich namnażaniu w innym
organizmie. Otrzymuje się w ten sposób wiele kopii tego
samego genu (np. replikacja plazmidów w bakteriach).

Klonowanie organizmów oznacza proces otrzymywania
organizmów o takiej samej

informacji genetycznej

, głównie

poprzez procedurę

transferu jądra

z

komórki somatycznej

do

komórki jajowej

, uprzednio pozbawionej

jądra

. W przypadku

klonowania roślin stosuje się procedurę

odróżnicowania

komórek dawcy do komórek merystematycznych.

Klonowanie

Klonowanie

1996

- pierwszy sklonowany

ssak

:

owca Dolly
2000

-

małpa

(Rezus), samica

2000

-

świnia

: 5 prosiaków z jednej świni

2001

-

bawół

, samiec

2001

-

krowa

:

Alpha and Beta

, samica

2001

-

kot

:

CopyCat

"CC" (samica)

1998

–

mysz

2002

- sklonowanie

myszy

z

limfocytów T

2003

–

królik, jeleń, koń, szczur

2004

-

muszki owocowe

2004

–

człowiek

, grupa

Woo Suk Hwanga

,

ogłosiła otrzymanie

pluripotentnych

komórek macierzystych

. Wynik ten okazał

się oszustwem.

2005

-

pies

: Snuppy

2007 - Wilk  
2008 -Pies : Labradory

Klonowanie

Komórka macierzysta to komórka posiadająca zdolność do
samoodnawiania oraz różnicowania w komórki potomne. Pula komórek
macierzystych utrzymuje w równowadze liczbę komórek somatycznych
organizmu.
Komórki macierzyste przez długi czas zachowują zdolność do podziałów i
odnowy własnej tkanki, są niewyspecjalizowane, mogą zapoczątkować
populację wyspecjalizowanych komórek w procesie specjalizacji,
nazywanym różnicowaniem.

Komórki macierzyste (komórki pnia, ang.
stem cells)

Komórki macierzyste ze względu na źródło pochodzenia dzielą się na:
- embrionalne (zarodkowe) - pochodzą z zarodków, uzyskuje się je z
embrionów niewykorzystanych do zapłodnienia in vitro, przekazanych do
badań naukowych lub za pomocą klonowania terapeutycznego (wstawienia
materiału genetycznego z komórki ciała pacjenta do komórki jajowej dawcy),
są komórkami toti- lub pluripotencjalnymi, mogą się przekształcać we
wszystkie typy komórek organizmu,
- płodowe - mogą być pobierane z krwi pępowinowej, są multipotencjalne,
- somatyczne (dojrzałe, dorosłe) - występują w wykształconych już tkankach
organizmów, odpowiedzialne są za ich regenerację, są to komórki
unipotencjalne, mogą się przekształcać w komórki narządów z których
pochodzą, stwierdzono ich istnienie w mózgu, szpiku kostnym, krwi
obwodowej, naczyniach krwionośnych, mięśniach szkieletowych, skórze i
wątrobie; tkwią one w określonej części tkanki i mogą tam pozostawać całymi
latami, czekając, aż w którymś momencie będą potrzebne do odbudowy
miejsc zniszczonych w wyniku urazu czy choroby lub wymagających wymiany
z powodu starości. Nie wiadomo, czy pochodzą od embrionalnych komórek
macierzystych, czy powstają w inny sposób, ani co powoduje, że pozostają
komórkami niewyspecjalizowanymi, skoro wszystkie inne otaczające komórki
różnicują się.

Komórki macierzyste ze względu na zdolność do różnicowania dzielą
się na:
- totipotencjalne (totipotentne) - są najbardziej pierwotnymi
komórkami, mogą różnicować się do każdego typu komórek danego
organizmu, są to komórki powstałe w wyniku zapłodnienia - zygota lub
komórki blastuli do stadium kilku blastomerów, komórki totipotencjalne
są zdolne do wykształcenia całego organizmu,
- pluripotenjalne (pluripotentne) - mogą dać początek każdemu
typowi komórek różnicując się do każdego z trzech listków zarodkowych:
mezodermy, ektodermy i endodermy, nie mogą jedynie przekształcić się
z powrotem w komórki totipotencjalne,
- multipotencjalne (multipotentne) - mogą przekształcać się w we
wszystkie typy komórek w obrębie danego listka zarodkowego, np. w
obrębie mezodermy mogą dać początek komórkom szpiku, krwi lub
mięśni, do tej grupy należą komórki macierzyste, których źródłem jest
krew pępowinowa,
- unipotencjalne (unipotentne) - różnicują się tylko do jednego typu
komórek dojrzałych, jednak w przeciwieństwie do nich posiadają
zdolność do podziałów, są to np. komórki warstwy ziarnistej naskórka
regenerujące naskórek (keratynocyty).

Komórki macierzyste

Komórki macierzyste

Za najbardziej prymitywną
komórkę macierzystą można
uznać zygotę – komórka
totipotencjalna. Podczas
embriogenezy z totipotencjalnej
komórki macierzystej powstaje
embrion i łożysko. Komórki
węzła zarodkowego blastocysty
są pluripotencjalnymi
komórkami macierzystymi.

Komórki pluripotencjalne dają
początek komórkom
macierzystym poszczególnych
trzech listków zarodkowych
(entodermalne, mezodermalne,
endodermalne) – komórki
multipotencjalne.

Podczas embriogenezy z
komórek multipotencjalnych
powstają komórki macierzyste
poszczególnych tkanek i
narządów – ukierunkowane
tkankowo komórki macierzyste
(naskórek, wątroba, mięśnie,
krew, nerwy i inne).

Ludzkie embrionalne komórki
macierzyste

Dr Joseph Vacanti, Massachusetts
General Hospital, USA – urządzenie
do produkcji tkanek wątroby z
naczyniami krwionośnymi, ludzkie
ucho wytworzone na myszy

Dr Robert Langer, Massachusetts
Institute of Technology (MIT), USA -
ludzkie ucho wytworzone na króliku,
mikroczipy do kontrolowanego
uwalniania leków