Wykład 4 11.04.2016
Rośliny modyfikowane genetycznie
Pierwsze rośliny udoskonalone genetycznie
1. odporność na owady
2. odporność na działanie herbicydów
3. odporność na wirusy
Odbiorcy korzyści wynikających z upraw odmian transgenicznych
- producenci roślin (wyższe plony)
- właściciel odmiany (firmy biotechnologiczne, korzyści finansowe)
1. odporność na szkodliwe owady
- już od lat 50 XX wieku w mieszaninach proszków owadobójczych do zwalczania głównie
gąsienic:
- w ogrodach przydomowych
- w dużych farmach
- powszechnie stosowano naturalnie występującą bakterię Bacillus thuringiensis (B.t.)
Gen Bt
- gen Bt wytwarza kryształ białka Cry
- toksyczne dla owadów łuskoskrzydłych (motyle), chrząszcze:
- omacnica prosowianka (żerowanie na liściach, tunelowanie łodygi, żerowanie na osłonce
liścia i kołnierzyku)
- stonka (żeruje na ziemniakach, żywi się liśćmi, kwiatami i łodygami, żerujące na liściach larwy
całkowicie je niszczą)
- biedronka
- złotook zielony
- motyl Monarch (paz
królowej)
Działanie białka Cry
- w środowisku zasadowym przewodu pokarmowego owada następuje aktywacja białka Cry-
łączy się ono ze specyficznymi receptorami w błonach komórek przewodu pokarmowego
- powoduje to powstawanie otworów w błonie, zniszczenie komórek co doprowadza do śmierci
owada
- receptory tych białek nie występują na powierzchni komórek jelitowych ssaków, dlatego też
ludzie i inne ssaki nie są na ich działanie wrażliwe
Modyfikacja genów Bt
1. niska ekspresja natywnych genów Bt w roślinach (w warunkach polowych)
- dużo nukleotydów A/T w genach bakteryjnych (60-70%), których w genach roślinnych jest
tylko 40-50%
- regiony ATAT i jego warianty odczytywane były jako sekwencja kończące gen i dlatego
była niska wydajność białka Cry
!!! Modyfikacja genów kodujących białko Cry:
1. usunięto wszystkie sekwencja ATTTA co zmniejszyło liczbę nukleotydów z 615 do 356 i
spowodowało 100-krotny wzrost ekspresji genu w komórkach roślinnych
2. usunięto promotora genu użyto promotora CaMV 35S- z wirusa mozaiki kalafiora
Kukurydza MON 810
- odporna na larwy owadów żywiących się liśćmi, łodygami i kolbami kukurydzy
- odporna na omacnicę prosowiankę
Rośliny Bt
- ziemniak Bt- wprowadzony do urway w 1995 r odporny na stonkę ziemniaczaną

1
- bawełna Bt (1996)
- kukurydza Bt (1996)- odporna na omacnicę prosowiankę
2. odporność roślin na herbicydy
- plantację z odmianą odporną traktuje się takim herbicydem bez szkody dla uprawianej odmiany,
całkowicie eliminując inne gatunki i odmiany
- działanie: hamowanie enzymu- kluczowego dla danego szlaku biochemicznego
Odporność na herbicyd Glifosat
- Glifosat hamuje działanie syntazy EPSPS- enzymu, który bierze udział w syntezie aminokwasów
aromatycznych
- modyfikacja roślin polega na wprowadzeniu:
- genu kodującego syntazę EPSPS niewrażliwą na herbicyd (gen z bakterii Agrobacterium)
albo&
- genu kodującego oksydoreduktazę glifosatu (GOX), który rozkłada glifostat (gen z bakterii
Achromobacter)
kukurydza, soja, rzepak, tytoń, pomidory
Raport produkcji GMO- 2014
- opublikowany przez Międzynarodowy Instytut Propagowania Upraw Biotechnologiczncyh
(ISAAA)
- raport jest publikowany rokrocznie od 1996- tj. pojawienia się pierwszych na większą skalę
upraw GMO
!!! Areał upraw GMO na świecie
1996- 1,7 mln ha
2014- 181 mln ha
!!! Raport produkcji GMO- 2014
- powierzchnia upraw roślin transgenicznych na świecie wynosi 181,5 mln hektarów
- największy areał uprawy GMO:
1. Soja biotechnologiczna- 50% światowego areału
2. kukurydza biotechnologiczna- 32%
3. bawełna biotechnologiczna- 14%
4. rzepak biotechnologiczny- 4%
- USA- kraj o największej powierzchni upraw GMO- 40% globalnego areału
!!! Rośliny GMO uprawiane na świecie
1. dominująca uprawa roślin to- z odpornością na herbicydy 59% światowego areału upraw (soja,
kukurydza, rzepak, bawełna, buraki cukrowe i lucerna)
2. miejsce: odporność jednocześnie na herbicyd i owady (skumulowane cech): 26% światowego
areału
3. miejsce: odporność na owady ( tylko jedna cecha): 15% światowego areału
2014 r.:
- uprawy roślin transgeniczne były uprawiane w 28 krajach świata
- 18 mln rolników uprawia rośliny GM
- !!! MEGA Państwa:
1. USA
2. Brazylia
3. Argentyna
4. Indie
5. Kanada
- !!! Uprawy biotechnologiczne:
1. Ameryki 87%

2
2. Azja 11%
3. Afryka 2%
4. Europa 0%
Uprawy GMO w Europie- 5 państw <0,1 mln ha (GM kukurydza)
Na terenie Unii Europejskiej dopuszczona jest do uprawy kukurydza Bt MON 810.
1. Hiszpania 0,1 mln ha
2. Portugalia
3. Czechy
4. Rumunia
5. Słowacja
Polska dopuszcza import produktów GMO
Rocznie Polska importuje ok. 2 mln ton soi GM na potrzeby produkcji pasz dla drobiu, bydła i
trzody chlewnej.
!!! Korzyści z upraw biotechnologicznych
1. znaczne zmniejszenie zużycia pestycydów:
- łącznie ograniczenie ilości pestycydów w latach 1996-2012 oszacowano na 497 mln kg
składnika aktywnego
2. stałe oszczędności w emisji CO2 poprzez ograniczenia zużycia paliw kopalnych (związane z
mniejszą ilością owadobójczych herbicydów (rozpylanych), w 2013 r. była to szacunkowa
oszczędność 28 bilionów kg CO2 co odpowiada zmniejszeniu liczby samochodów na drogach o
12,4 milionów/rok)
3. oszczędność gruntów i zmniejszenie wylesienia (zwiększenie produktywności przez rośliny GM
na tych samych obecnych 1,5 mld hektarów upraw)
4. ochrona różnorodności biologicznej (w latach 1996-2012 przez oszczędności 123 mln hektarów
ziemi)
Druga generacja roślin
- mają cechy bardziej istotne dla przeciętnego konsumenta
- poprawa cech jakościowych oraz użytkowych roślin
Poprawa cech jakościowych oraz użytkowych roślin
1. opóz
nienie dojrzewania (pomidory)
2. zwiększona produkcja beta-karotenu  złoty ryż
3. ziemniak (nie brązowieje po przekrojeniu
1. opóz
nienie dojrzewania (pomidory):(
- geny kodujące najważniejsze enzymy kontrolujące proces dojrzewania owoców:
1. poligalaturonaza (PG)- rozkłada pektyny w ścianach komórkowych
2. metyloesteraza pektynowa (PE)- demetyluje pektynę w błonie wtórnej ściany
komórkowej
3. syntaza fitoenu- synteza karotenoidów
Gen kodujący enzym PG- w pozycji antysensownej:
- 90-99% zmniejszenie aktywności poligalakturonazy w dojrzewających owocach (na początku
dojrzewania owoców)
Złoty GM ryż
Przyczyna podjęcia badań:
500000 dzieci na świecie traci wzrok z powodu niedoboru tego składnika w diecie. Pierwsze
odmiany w 1999 r.
Wprowadzono dwa geny:
- kodujący syntazę fitoenu (psy)
- kodujący desaturazę karotenu (crt I).
Zawartość prowitaminy A w GR2- Syngenta- 37 mikrog/g

3
Ziemniak  Innate (wrodzony)
- transgeny z jednej odmiany ziemniaków są przeniesione do drugiej odmiany ziemniaków (a nie
z innych gatunków)
- nie brązowieją po przekrojeniu
- mają mniej czarnych plamek (o 40%), co zmniejsza starty rolników
- bulwy mają mniej naturalnie występującej asparaginy- aminokwasu, który w czasie obróbki
termicznej (smażenia frytek) wchodzi w reakcję z glukozą, a następnie ulega przekształceniu w
neurotoksynę akrylamid.
- W czasie smażenia ziemniaków tworzy się mniej od 50 do 75% akrylamidu
- Komercjalizacja planowana była w 2015 r.
Trzecia generacja roślin
- rośliny GM przeznaczone do produkowania związków chemicznych wielkiej wartości:
1. produkty farmaceutyczne
2. enzymy
- wciąż znajduje się w fazie eksperymentalnej, dojdzie do jej realizacji w ciągu najbliższych 10-14
lat.
Sałata GMO:
- produkująca szczepionkę na zapalenie wątroby typu B
Insulina z krokosza barwierskiego
- do genomu rośliny przeniesiono ludzki gen insuliny
- poletka obsiane transgenicznym krokoszem barwierskim znajdują się w trzech krajach:
Kanadzie, USA i Chile
- wystarczy jedno gospodarstwo powierzchni 160 hektarów by wyprodyukować 16 ton insuliny
Zmiana koloru kwiatów Florigene- niebieski goz
dzik i niebieska róża
Wprowadzono dwa geny co zmodyfikowało barwę kwiatów:
1. acetylotransferazę antocyjanów,
2. hydroksylazę flawnoidów- katalizuje produkcję niebieskiego barwnika
Wykład 5? (18.04.2015)
Genetycznie Modyfikowane Zwierzęta
Transgeniczne zwierzę- zwierzę u którego obcy DNA jest trwale włączony i zintegrowany z
genomem we wszystkich jego komórkach, w tym także komórkach płciowych i jest przekazywany z
pokolenia na pokolenie.
Obce DNA w postaci:
1. fragmentu liniowego DNA (transgenu)
2. zmodyfikowanego własnego genu w wyniku wprowadzenia egzogennego DNA
3. wprowadzonej całej sztucznej jednostki genetycznej
Metody transformacji zwierząt:
1. mikroinjekcja DNA
2. transfer DN przy użyciu wirusów
3. transfer DNA przy użyciu komórek macierzystych zarodka
Mikroinjekcja DNA
1. Przygotowanie konstrukcji genowej z transgenem, która będzie wprowadzana do genomu
zwierzęcia.
2. Mikroinjekcja konstrukcji genowej do zygoty- jednego z przedjądrzy jednokomórkowego
zarodka przy pomocy mikrochirurgicznej szklanej pipety.
Przedjądrza mają materiał genetyczny pochodzący od matki i ojca przed połączeniem się w jedno
jądro komórkowe, które pokieruje rozwojem zarodka w póz
niejszym okresie.

4
Etapy metody mikroinjekcji DNA:
1. Przygotowanie DNA hybrydowego (konstrukt).
2. Pozyskanie zapłodnionych komórek jajowych zwierzęcia (mikromanipulator i mikroskop).
3. Wstrzyknięcie roztworu DNA (konstruktu) do jednego z przedjądrzy (najczęściej męskiego)
(przy użyciu mikropipety)- dużą precyzja osoby wykonującej czynność.
4. Hodowla zygot in vitro do stadium zarodka dwukomorowego.
5. Zarodki przeszczepia się do jajowodu odpowiednio przygotowanych hormonalnie samic- matek
zastępczych
6. Ciąża, poród
7. Potomstwo jest analizowane, czy jest transgeniczne i czy transgen ulega właściwej ekspresji.
Cele doskonalenia zwierząt gospodarczych:
1. cele hodowlane:
- polepszenie lub uzyskanie nowych cech produkcyjnych ważnych z żywieniowego i
ekonomicznego punktu widzenia
2. cele biomedyczne (hodowla zwierząt transgenicznych) w celu:
- produkcji ludzkich białek (biofarmaceutyków)
- jako dawców tkanek i organów dla ludzi
Cele hodowlane:
1. uzyskanie szybszego wzrostu zwierząt hodowlanych:
korzyści- mniejszy wpływ na środowisko naturalne- zwierzęta są tak zaprojektowane tak,
aby szybciej rosły, wymagały mniej paszy, lub pozostawiały odpady mniej szkodliwe dla
środowiska
wprowadzenie genu hormonu wzrostu (GH) do:
- myszy
- królików
- owiec
- świń
2. doskonalenie składu mleka
Transgeniczne myszy:
W 1982 r. uzyskano  gigantyczne myszy , wyposażone w:
- szczurzy gen hormonu wzrostu (GH),
- genu ludzkiego, bydlęcego lub owczego hormonu wzrostu.
Transgeniczne króliki
Przyspieszony wzrost i to bez niekorzystnych efektów
Świnie transgeniczne:
- brak zwiększonego tempa wzrostu (wydajnej ekspresji genu)
- zaburzenia chorobowe (artretyzm, owrzodzenie żołądka, podatność na infekcje)
Owce transgeniczne:
- wprowadzono geny bydlęcego lub ludzkiego hormonu wzrostu,
- zdecydowanie negatywne wyniki
- chorowały na: artretyzm, cukrzycę
- żadna nie przeżyła
Transgeniczne ryby z genem hormonu wzrostu:
- wprowadzono geny hormonu wzrostu małych zwierząt lub człowieka
- transgeniczne ryby: karpie, pstrągi, łososie, inne gatunki ryb.
Cele biomedyczne:
1. transgeniczne zwierzęta jako  żywe bioreaktory

5
- modyfikacje mają na celu wytwarzanie w organizmie zwierząt genetycznie zmienionych
białek wykorzystywanych jako leki
- transgeneza gruczołu mlecznego w celu modyfikacji składu mleka: myszy, królików, owiec,
kóz, krów
" Bakterie transgeniczne- mogą produkować tylko proste białka, nie wymagające obróbki
potranslacyjnej
" Gruczoł mleczny- może produkować białka wymagające obróbki potranslacyjnej
" konieczna jest do biologicznej aktywności białek:
- wytworzenie mostków disiarczkowych,
- glikozylacja reszt azotowych lub tlenowych
Transgeniczne myszy i króliki-  bioreaktory :
W 1987 r pierwsze transgeniczne myszy wytwarzały owczą beta-laktoglobulinę, białko które nie
występuje naturalnie w mleku gryzoni.
Lek ATryn- zawiera antytrombinę alfa (ludzki enzym)- wytwarzany w mleku transgenicznych kóz
Zatwierdzony od 2009 w USA i UE:
- enzym usuwa zakrzepy we krwi,
- 1 na 5000 osób cierpi na genetyczny niedobór tego enzymu,
- stosowany jest u ludzi u których nie występuje gen odpowiedzialny za antytrombinę alfa,
- tacy ludzie podatni są na zakrzepice np. podczas operacji, ciąży, porodu.
Inne białka wytwarzane w mleku transgenicznych zwierząt:
1. antytrypsyna (rozedma płuc)
2. erytropoetyna (anemia)
3. laktoferyna (niedobory żelaza)
2. Transgeniczne zwierzęta jako dawcy narządów
- organy świni- serce, wątroba, nerka
- dlaczego świnia?- podobieństwo anatomiczne organów
- problemy- dystans filogenetyczny i problemy immunologiczne
Zadania naukowców:
1. zniesienie immunologicznej bariery międzygatunkowej
2. zmniejszyć ryzyko infekcji wirusowych
Transgeniczna świnia TG 1154:
- ma wbudowany gen który osłabia barierę immunologiczną między świnią a człowiekiem
Korzyści dla środowiska zwierząt GMO:
- wprowadzenie do hodowli wysokowydajnych transgenicznych krów czy świń byłby dla
środowiska bardzo korzystne- takie zwierzęta zużywałyby mniej paszy, wytwarzałby mniej
odchodów,
- GMO zwierzęta jako  żywe bioreaktory zmniejszyłyby ilość szkodliwych zanieczyszczeń
emitowanych do środowiska przez tradycyjny przemysł farmaceutyczny i chemiczny.
Zagrożenia dla środowiska zwierząt GMO:
- ryzyko pojawiania się genów ze zmodyfikowanych zwierząt w populacjach dzikich zwierząt
(dotyczy ryb),
- niebezpieczeństwo dalszego zmniejszenia bioróżnorodności zwierząt hodowlanych:
- zwiększy się liczba zwierząt o identycznym genomie,
- ze względów ekonomicznych rasy wysokowydajnych zwierząt szybko wypierają te o
niższej wydajności.
Drobnoustroje genetycznie zmodyfikowane
Zamknięte użycie GMO:

6
Prace realizowane z drobnoustrojami w zamkniętych bioreaktorach- czyli urządzeniach w pełni
izolowanych od środowiska, zwykle pracujących w układzie zamkniętym. (Mikroorganizmy te nie
przedostają się do środowiska).
Genetycznie zmodyfikowane mikroorganizmy z gospodarcze człowieka:
- produkcja biofarmaceutyków- najszybciej rozwijający się segment przemysłu farmaceutycznego
- produkcja żywności- zastosowanie niewielkie
- ochrona środowiska- zastosowanie niewielkie
Biofarmaceutyki są lekami o strukturze polipeptydowo-białkowej, otrzymywane w wysoce
oczyszczonej i dobrze scharakteryzowanej formie.
To ludzkie białka wytwarzane w komórkach genetycznie zmodyfikowanych mikroorganizmów.
Większość z nich umożliwia podjęcie terapii wobec dotychczas nieuleczalnych chorób.
GMM w produkcji biofarmacetyków
Zalety:
- GMM wytwarzają duże ilości białek, które są trudne do uzyskania innymi metodami
- hodowla biomasy wymaga mniej energii niż produkcja roślin czy zwierząt
- pozyskiwanie bioproduktów z biomasy jest łatwe i niekosztowne
- znika problem infekcji pochodzenia zwierzęcego lub ludzkiego
Wada:
- nie wszystkie białka ludzkie możemy wyhodować w komórkach drobnoustrojów
Zsosowanie GMM w medycynie
biofarmacetyki:
- kalcytonina- choroby wywołane przez riketsje
- hormon wzrostu- karłowatość
- insulina- cukrzyca
- interleukiny- nowotwory
- interferony- infekcje wirusowe
Biotechnologiczna insulina ludzka
- insulina jest hormonem regulującym stężenie glukozy we krwi,
- szczepy transgeniczne E. coli i Saccharomyces cerevisiae
- 1982 r.
- identyczna budowa z insuliną endogenną wytwarzaną przez komórki beta trzustki ludzkiej
Budowa insuliny ludzkiej
- białka- 51 aminokwasów,
- ułożone w dwóch łańcuchach polipeptydowych (A i B) połączonych mostkami disiarczkowymi.
- łańcuch A- 21 aminokwasów
- łańcuch B- 3 aminokwasów
- 3 mostki S-S
Szczepy E.coli do produkcji insuliny ludzkiej
1. Konstrukcja plazmidu z fragmentem DNA kodującym zmodyfikowany prekursor ludzkiej
insuliny:
- jeden plazmid zawiera fragment genu kodujący łańcuch A
- drugi plazmid zawiera fragment genu kodujący łańcuch B
2. Transformacja plazmidem komórek bakteryjnych Escherichia coli
3. Modyfikacja chemiczna i enzymatyczna konformacja proinsuliny
a. połączenie obu łańcuchów
b. nadanie białku odpowiedniej konformacji
c. wytworzenie mostków disiarczkowych

7
Biosynteza proinsuliny:
- fermentatory: pożywka (glukoza) + szczep + jałowe powietrze
- proinsulina jest syntetyzowana w postaci tzw. ciałek inkluzyjnych gromadzonych w cytozolu
komórek w postaci nierozpuszczalnych złogów
Oddzielenie biomasy od pożywki
- odwirowanie komórek od płynu pofermentacyjnego w hermetycznych wirówkach,
- rozbicie ścian komórkowych w dezintegratorach ciśnieniowych,
- odwirowanie ciałek inkluzyjnych,
- modyfikacja chemiczna i enzymatyczna konformacja proinsuliny.
Oczyszczanie insuliny:
- oczyszczanie chromatograficzne insuliny
- krystalizacja i suszenie pod próżnią
- przygotowanie form farmaceutycznych o nazwie Gensulin
- cykl trwa dwa tygodnie
GM drobnoustroje w produkcji żywności:
- enzymy, aminokwasy, witaminy, biomasa
- GM szczepy
Zalety preparatów enzymatycznych wytworzonych przez GMM
- udoskonalona precyzja działania
- ograniczenie różnorodności białek enzymatycznych, syntetyzowanych przez dany szczep
Produkcja enzymów przez GMM
1. chymozyna (serowarstwo)
2. alfa-amylaza (browarnictwo)
3. lipaza (detergenty)
4. katalaza (antyoksydant żywnościowy)
Chymozyna
- uzyskiwana z transgenicznych szczepów:
- Kluyveromyces lactis
- Escherichia coli
4-5 pytań po 3 pkt
otwarte
- produkcja roślin modyfikowanych genetycznie !!!

8