Małgorzata Kluba

Biotechnologia

Rośliny transgeniczne

•

Jak powstają rośliny transgeniczn
e?

•

Nowe technologie

•

Kontrowersje wokół roślin Bt

•

Co, gdzie i ile?

•

Zastosowania w medycynie

• Inne zastosowania przemysłowe

Jak

powstają

powstają rośliny

transgeniczne

• Metody z wykorzystaniem wektora

Agrobacterium tumefaciens;
Agrobacterium rhizogenes

• Metody bezwektorowe

– Elektroporacja
– Mikrowstrzeliwanie
– Z użyciem PEG (glikolu

polietylenowego)

– Fuzja liposomów
– Mikroiniekcja

Nowe technologie

• Transformowanie tylko genomu

chloroplastów

– Podnosi poziom rozpuszczalnych białek

(TSP)

– Trudne, jednak w przypadku tytoniu

metoda rutynowa

– Wprowadzone do rośliny geny nie

rozprzestrzeniają się bo pyłek nie

zawiera chloroplastów

• MeGa-PharM – system indukowanych

promotorów

• Pierwszym sklonowanym genem

oporności z ryżu był Xa21 z Oryza

longistaminata

• Gen ten daje oporność na

zakażenie bakteriami Xanthomonas

oryzae pv. oryzae (Xoo)

powodującymi chorobę zwaną rdzą

• Gen Xa21 przeniesiono do genomu

ryżu odmiany Taipei 309

Jak

sprawić

sprawić by ryż był oporny na

choroby?

•

To samo można osiągnąć

tradycyjnymi metodami hodowli

roślin

Jak sprawić by

ryż

ryż był oporny

na choroby?

• Pyłkiem rośliny opornej

zapładnia się roślinę wrażliwą o

pożądanych cechach takich jak

smak, czy wydajność ziarna.

Potomstwo dziedziczy od

rodziców losową mieszankę DNA.

Może to trwać nawet 10 lat, z

użyciem metod inżynierii

genetycznej - kilka miesięcy

• Spis treści
• Dalej
• Koniec

Rośliny Bt

Rośliny Bt oddziałują też na 3.
i 4. poziom troficzny,
wpływając na rozwój
parazytoida Cortesia flavipes
oraz hiperparazytoida
Tetrastichus howardi

Liście Bt-
kukurydzy

Chilo
partellus

Cortesia
flavipes

Tetrastichu
s howardi

Rośliny Bt

• Rośliny wytwarzające insektycyd mogą

przyspieszyć powstawanie oporności u

szkodników

• Oporność na zwykłe środki ochrony

roślin już jest problemem, za jakiś czas

pojawi się również oporność na Bt

• Owady mogą rozwinąć oporność na Bt

przez modyfikację receptorów jelitowych

Rośliny Bt

• Firmy biotechnologiczne planują

„piętrzenie genów” w roślinach

• Omacnica spichrzanka jest oporna na Bt

jeśli nie ma proteinazy – enzymu

niezbędnego do aktywacji toksyny

• Potencjalnym zastępcą Bt mogą być

toksyny bakterii żyjących w jelitach

nicieni

• Spis treści
• Dalej
• Koniec

wzrost

powierzchni

upraw GMO

(1996-2004)

ilość GMO w

globalnym

areale

globalny

areał upraw

GMO wg

krajów

• Spis treści
• Dalej
• Koniec

Zastosowania

Zastosowania w medycynie

• PLANTIGENS [roślinne antygeny] są

substancjami roślinnymi, które

powodują produkcję ludzkich, lub

zwierzęcych przeciwciał

• PLANTIBODIES [roślinne

przeciwciała] są ludzkimi lub

zwierzęcymi przeciwciałami

wyprodukowanymi w i przez

transgeniczne rośliny

Zastosowania

Zastosowania w medycynie

• Wiele spośród dotychczas produkowanych

w hodowlach tkankowych przeciwciał nie

działało, ponieważ nie były one w pełni

ludzkie

• 10 tyś litrów zawiesiny komórek

zwierzęcych produkuje do 2 kg przeciwciał

• Rośliny mogą wytwarzać 4 kg przeciwciał

na hektar ziemi

Zastosowania

Zastosowania w medycynie

• Komórki zwierzęce w bioreaktorach są

narażone na zakażenie czynnikami

wywołującymi choroby u ludzi

• Produkcja przeciwciał w roślinach trwa

rok dłużej ale koszty są mniejsze

• Problemem jest glikozylacja

niektórych ludzkich przeciwciał

Zastosowania

Zastosowania w medycynie

• MEDYCZNA GOSPODARKA MOLEKULARNA

(molecular farming) – hodowanie i
zbieranie genetycznie zmodyfikowanych
plonów transgenicznych roślin, które
wytwarzają biofarmaceutyki. Ideą jest
użycie roślin jako biologicznych fabryk
produkujących leki, które przy użyciu
innych metod jest ciężko uzyskać, lub ich
produkcja jest nieopłacalna.

Zastosowania

Zastosowania w medycynie

• Jadalne szczepionki – dostarczanie do

komórek roślinnych genów kodujących

wirusowe lub bakteryjne antygeny,

pobudzające skierowaną odpowiedz

immunologiczną u biorcy

• Ważne jest, aby antygeny nie traciły

właściwości immunologicznych po

przejściu przez przewód pokarmowy

Zastosowania

Zastosowania w medycynie

• Uzyskany z roślin preparat antygenu

może być też użyty do testów

diagnostycznych wykrywających

obecność w krwi zakażonego człowieka

określonego patogenu: antygen będzie się

wiązał z wytworzonymi przez organizm

przeciwciałami, co można łatwo i tanio

oznaczyć analitycznie

Zastosowania

Zastosowania w medycynie

potencjaln

e
zastosowa

nie

gosporarz

roslinny

białko

poziom

ekspresji

antyko-
agulant

tytoń

ludzkie
białko C

<0.01%
TSP

inhibitor
trombiny

Canola
(Brassica

napus)

ludzka
hirudyna

0.30%
białek

nasion

substytuty
krwi

tytoń

ludzka
hemoglo-

bina α i β

0.05%
białek

nasion

• Spis treści
• Dalej
• Koniec

Biodegradowalny

Biodegradowalny plastik z

roślin

• W połowie lat 80-tych naukowcy wyizolowali z

bakterii geny odpowiedzialne za syntezę
polimerów i przewidywali że transformowanie
nimi roślin spowoduje przekształcanie acetylo
koenzymu A w pewnego rodzaju polimer

• Rzodkiewnik z dwoma genami pochodzącymi

z bakterii Alcaligenes eutrophus wytwarza
granulki polihydroksymaślanu (PHB), poliestru
do produkcji biodegradowalnych opakowań

Biodegradowalny

Biodegradowalny plastik z

roślin

• Rzeżucha i rzepak wytwarzają

poli(3-hydroksymaślano-3-

hydroksywalerian) PHBV w ilości około 3%

suchej masy rośliny

(4 geny bakteryjne)

• Bakterie Ralstonia eutropha przekształcają

cukier w polimer zwany

polihydroksyalkainianem (PHA), który

można ekspresjonować także w kukurydzy

Biodegradowalny

Biodegradowalny plastik z

roślin

• Aby nie doszło do konkurencji z uprawami

na potrzeby konsumpcyjne, cząsteczki

polimerów są produkowane w liściach i

łodydze kukurydzy

• Najwięcej polimeru gromadzi się w

chloroplastach, zatem duża zawartość

polimeru hamuje fotosyntezę i

wytwarzanie ziarna, wiec osiągniecie tych

dwóch celów na raz jest trudne

Biodegradowalny

Biodegradowalny plastik z

roślin

• Polimery z roślin miały być „podwójnie

zielone” tzn. wytwarzane z odnawialnych

źródeł materiałowych i miały ulegać

rozkładowi na wysypiskach śmieci po

zużyciu

• Energia paliw kopalnych nadal jest

potrzebna do ekstrakcji tych polimerów z

roślin i poza biodegradowalnością nie mają

one innych zalet

Biodegradowalny

plastik

plastik z

roślin

Słodkie

Słodkie białka

• Wiele roślin tropikalnych wytwarza słodkie

w smaku białka takie jak:

taumatyna (3000) - znajdująca się w

sprzedaży jako środek słodzący

kurkulina (550)

manibilina (100)

pentadyna (500)

monellina (3000)

• Liczby w nawiasach wyrażają intensywność

słodkiego smaku, porównaną ze zwykłym

cukrem, dla którego ta wartość wynosi 1.

Słodkie

Słodkie białka

• Rośliny, w których naturalnie występują słodkie

białka rosną poza swoimi naturalnymi

środowiskami, ale nie owocują wtedy

• Mikrobiologiczna produkcja taumatyny jest

nieopłacalna

• Monellinę można ekspresjonowac np. w

drożdżach, ale dąży się do tego aby otrzymać

ją z roślin transgenicznych

• Ekspresja monelliny w sałacie i pomidorach

– na razie na bardzo niskim poziomie

Inne zastosowania roślin

transgenicznych - przykłady

• W roślinach można ekspresjonowac

enzymy degradujące celulozę – np.

celulazy

• Enzymy te stanowią ważną klasę

enzymów przemysłowych

używanych między innymi w

browarnictwie, przemyśle

tekstylnym, produkcji biomasy

Inne zastosowania roślin

transgenicznych - przykłady

• Produkcja magnezo-zależnej

peroksydazy ligniny (Mn-P) pochodzącej
z grzyba Phanerochaete chrysosporium

• Enzym ten może być używany do

degradowania ligniny, jako środek
wybielający w bioprodukcji papieru, ma
także znaczenie w zwiększeniu
strawności włókien spożywanych przez
przeżuwacze