Zastosowanie genetyki w hodowli, rolnictwie i medycynie

ZASTOSOWANIE GENETYKI W HODOWLI

Wiedza genetyczna była wykorzystywana przez człowieka w rolnictwie i w hodowli na długo przedtem, zanim Mendel sformułował prawa dziedziczenia. Wiedza ta brała się z prostych obserwacji, które uczyły, że większa jest szansa uzyskania np. krów wysokomlecznych od matki dającej dużo mleka, zaś mniejsza od krowy o niskiej mleczności.

Początkowo w czasie hodowli gatunków udomowionych wybierano do dalszego rozmnażania częściej te osobniki, które wydawały się człowiekowi bardziej przydatne. Później zaczęto świadomie wprowadzać krzyżówki osobników o wyselekcjonowanych cechach. Posługując się analizą rodowodów zwierząt przeznaczonych do krzyżowania łatwo było uniknąć niektórych przynajmniej błędów selekcyjnych. W początkowym okresie stosowana przez człowieka selekcja miała charakter masowy. Oznaczało to wybór osobników przeznaczonych do reprodukcji z całej populacji dostępnej hodowcy. Selekcja taka była w dużym stopniu przypadkowa. Później zaczęto stosować do rozmnażania specjalny materiał, hodowany w kontrolowanych warunkach i gwarantujący utrzymanie się pożądanych cech. Na przykład w przypadku świń baza genetyczna stanowi zwykle mniej niż 10 % całej populacji. W większości krajów hoduje się w tym celu kilka różnych ras, które krzyżuje się ze sobą w celu uzyskania prosiąt używanych do produkcji wieprzowiny. Krzyżowanie jest ważną czynnością: prosięta pochodzące z krzyżówek charakteryzują się większą niż ich rodzice przeżywalnością, szybkością wzrostu, wydajnością przetwarzania paszy na mięso itp. Rodzice stanowiący czyste rasy są homozygotami nie tylko pod względem genów odpowiedzialnych za korzystne cechy hodowlane. Często homozygotyczność dotyczy również alleli zawierających defekt i w rezultacie wpływających niekorzystnie na organizm. Krzyżówka pozwala na wytworzenie heterozygoty i zniwelowanie wpływu allelu z defektem.

Oddziaływanie środowiska może w bardzo poważnym stopniu przesuwać wartość cechy w kierunku dodatnim lub ujemnym. Zwierzęta wybrane na rodziców tworzą wiec tzw. stado selekcyjne, tzn. wyselekcjonowane osobniki tego stada są fenotypowo lepsze w porównaniu z pozostałymi zwierzętami. W stadzie musi następować tzw. odnowa, czyli „remont stada”, który polega na wprowadzeniu lepszych zwierząt i eliminacji wybrakowanych. W każdej hodowli większe znacznie odgrywają samce niż samice, wprawdzie potomstwo dziedziczy w równym stopniu po obu rodzicach, ale na skutek stosowanej w hodowli zwierząt poligamii, większa jest rola samców. W hodowlach samce są selekcjonowane na podstawie wartości hodowlanej, a samice na podstawie wartości użytkowej. W hodowli według linii chodzi o jak najbliższe pokrewieństwo z cennym osobnikiem, użytym jako reproduktor. Role w selekcji odgrywa pokrewieństwo, czyli podobieństwo osobników mających w swoich genotypach pewną cześć indywidualnych genów.
Pokrewieństwo w linii prostej łączy potomka z przodkiem. Pokrewieństwo gamet zależy od stopnia pokrewieństwa genetycznego. Stąd wniosek, że im bardziej są spokrewnione ze sobą rodzice tym bardziej homozygotyczne będzie potomstwo.

Genetyka ma duże znaczenie w hodowli, gdyż dzięki niej uzyskano organizmy transgeniczne np.: transgeniczne myszy i świnie, które wykorzystuje się w badaniach genetycznych, organizmy o zwiększonej przeżywalności i odporności.

ZASTOSOWANIE GENETYKI W ROLNICTWIE

Ciągle pracuje się nad tworzeniem nowych odmian roślin. W tym celu wykorzystuje się nie tylko pojawienie się nowych cech, które są wynikiem mutacji, lecz również indukuje się je w sposób sztuczny. W tym celu hoduje się pojedyncze komórki rośliny, które poddaje się działaniu czynników mutagennych (promieniowanie ultrafioletowe, związki chemiczne). W wypadku roślin z pojedynczej komórki można wyhodować kompletny organizm. Tak postępuje się z komórkami roślin uprawianych w kulturach komórkowych i poddawanych działaniu czynników mutagennych. Wytworzone czyste odmiany roślin często krzyżuje się ze sobą, podobnie jak w przypadku prosiąt używanych do produkcji wieprzowiny. Potomstwo otrzymane z takiej krzyżówki często charakteryzuje się bowiem większą od swoich, rodziców bujnością, wpływając w ten sposób na wysokość plonów. Tak dzieje się na przykład w przypadku kukurydzy. Innym zjawiskiem wykorzystywanym w praktyce tworzenia nowych odmian roślin jest indukowanie poliploidów, czyli organizmów zawierających w swych jądrach zwielokrotnioną liczbę chromosomów. Poliploidalność wywołuje się zazwyczaj stosując czynniki zakłócające podział chromosomów w czasie mitozy, w wyniku czego powstają jądra zawierające liczbę chromosomów większą niż 2n. Poliploidalne rośliny mają czasem zwiększone wymiary i charakteryzują się większą bujnością niż zwykłe odmiany diploidalne, stąd ich atrakcyjność dla rolnictwa. Jednak wiele odmian poliploidalnych ma znacznie obniżoną płodność, co ogranicza ich praktyczne zastosowanie.

Zwiększenie wydajności uprawy roślin i hodowli zwierząt pozwala na oszczędność stosowanych materiałów i oszczędność pracy ludzkiej.

Zastosowanie genetyki w rolnictwie ma wpływ na: zwiększanie plonów, zwiększanie przeżywalności roślin, tworzenie roślin wybujałych (poliploidów), tworzenie nowych odmian odpornych na szkodliwe warunki środowiska, hodowanie roślin w kierunku pożądanym dla człowieka, np. duże owoce, niskie drzewa, szybko owocujące odmiany.

Uzyskano dzięki temu np.: transgeniczne pomidory o przedłużonej trwałości przechowywania, ziemniaki produkujące albuminę typu HSA.

 

ZASTOSOWANIE GENETYKI W MEDYCYNIE

Genetyka jest niezwykle ważna i pomocna w medycynie. Dzięki niej uratowano już życie i zdrowie wielu ludzi i nie wyobrażam nawet sobie na jakim poziomie byłaby teraz medycyna gdyby nie wiedza z zakresu genetyki.

Poznanie ludzkiego genomu pozwala na określenie czy dana osoba zachoruje na jakiś nowotwór. Takie badania wykonuje się często gdy osoba jest obciążona zmutowanymi genami dziedzicznie, np. w przypadku raka piersi gdy chorowała babka, matka to córka prawdopodobnie też zachoruje,a wiemy, że wcześnie wykryty rak jest prawie w 100% uleczalny. Badania można przeprowadzić także na płodzie dziecka i określić czy jest zdrowe czy też chore np. na hemofilię czy zespół Downa ( badania prenatalne ).
Genetyka okazała się również niezwykle pomocna bezpłodnym parom. Dzięki metodzie in vitro czyli sztuczne zapłodnienie wiele par doczekało się potomstwa.

Geny pochodzenia zwierzęcego czy roślinnego mogą w komórkach bakterii lub innych organizmów podlegać ekspresji i produkować w znacznych ilościach różnego rodzaju białka enzymatyczne i hormony, co stwarza możliwości produkcji i jest obecnie wykorzystywane przez liczne firmy w przemyśle chemicznym lub farmaceutycznym. Wykorzystuje się ja obecnie w medycynie : zarówno w diagnostyce jak i profilaktyce czy nawet terapii. Przemysł farmaceutyczny skorzystał dzięki stworzeniu szeregu leków dzięki technikom rekombinowanego DNA. Dla pewnej grupy chorób (hemofilia, zaburzenia związane z brakiem hormonu wzrostu) jedynym sposobem leczenia jest podawanie białka identycznego z obecnym w ludzkim organizmie. Niektóre z nich (właśnie czynniki krzepliwości krwi) uzyskiwano dawniej z krwi ochotników - obecnie raczej się unika krwi jako materiału wyjściowego do preparatyki białek ze względu na zaistniałe przypadki zakażenia hemofilityków przyjmujących te produkty wirusem powodującym AIDS.
Inne białko np. stosowana w leczeniu bardzo częstej choroby - cukrzycy - insulina - mogło być izolowane ze zwierząt, ale nieznacznie różniło się od białka ludzkiego, co mogło dawać niepożądane efekty.

Klasycznym przykładem są badania nad powstawaniem oporności na antybiotyki u bakterii. Oporność bakterii chorobotwórczych na antybiotyki jest poważnym osłabieniem skuteczności tej najważniejszej broni, jaką dysponujemy w walce z infekcjami bakteryjnymi. Oporność taka powstaje w populacji bakterii na skutek obecności niewielkiej liczby zmutowanych osobników mało wrażliwych lub całkowicie niewrażliwych na antybiotyk. Niedostatecznie duże dawki

antybiotyku działają na bakterie w sposób selekcyjny: niszcząc bakterie nieodporne pozwalają na zajęcie ich miejsca przez bakterie mniej wrażliwe. Znajomość podłoża genetycznego pojawiania się oporności często pomaga lekarzowi tak dobrać rodzaj, dawkę i czas stosowania antybiotyku, aby nie dopuścić do namnożenia się bakterii opornych.

O wiele bardziej jaskrawym przykładem korzyści, jakie medycyna może czerpać z podstawowych badań biologicznych, jest szybkość, z jaką wzbogaca się nasza wiedza o pojawiających się w sposób nagły groznych, a nieznanych przedtem chorobach. Przykładem mogą być badania nad AIDS. Wiadomo było, że jego materiałem genetycznym jest RNA, w którym jest zapisane co najmniej siedem genów. Ta podstawowa wiedza o wirusie pozwoliła na kilka praktycznych posunięć w walce z AIDS. Dzięki temu, że nauczono się hodować w laboratorium wirusa wywołującego AIDS, można było opracować testy umożliwiające rozpoznawanie osób zakażonych. Poznano również przynajmniej początek drogi wiodącej do wytworzenia szczepionki i leków przeciwko AIDS.

W specjalnie do tego celu stworzonych koloniach bakterii produkuje się białka użyteczne w medycynie, takie jak insulinę dla diabetyków, czy globuliny powodujące krzepliwość krwi u osób cierpiących na hemofilię.

Wprowadzanie genów, których zadaniem jest pobudzanie narządów do samodzielnego leczenia się, np. pobudzałyby serce pacjenta wymagające chirurgicznego wszczepienia bajpasów do budowania nowych naczyń krwionośnych.