Zastosowania inżynierii genetycznej

Inżynieria genetyczna jest jedną z najmłodszych dziedzin genetyki, a zarazem jedną z najprężniej rozwijających się nauk. Zajmuje się ona celowym i ściśle ukierunkowanym modyfikowaniem materiału genetycznego organizmów jednokomórkowych, roślin wyższych, zwierząt, a ostatnio także i człowieka. W związku z odwiecznym dążeniem człowieka do ułatwiania sobie życia, genetyka, ale też młoda inżynieria genetyczna znalazła zastosowanie w wielu dziedzinach życia, poczynając od medycyny, a kończąc na rolnictwie.

Człowiek i medycyna

Inżynieria genetyczna była od samego początku wielka nadzieją wielu chorych, cierpiących na choroby o podłożu genetycznym, a także krewnych takich osób, które były nosicielami genu, wywołującego chorobę. Obecnie w fazie eksperymentów jest tzw. terapia genowa, czyli leczenie chorób dziedzicznych, których przyczyną jest wada genetyczna. Jak dotąd leczenie takich chorób było jedynie objawowe, a polegało na takim zniwelowaniu objawów choroby, by chory mógł bez przeszkód funkcjonować w społeczeństwie. Oczywiście nie zawsze jest to możliwe, a leczenie niekiedy sprowadza się do podtrzymania chorego przy życiu. Zazwyczaj leczenie takie polega na podawaniu hormonów, których synteza jest zaburzona, czy unikaniu niektórych produktów spożywczych w związku z brakiem w organizmie enzymu do ich przetwarzania. Terapia genowa mogłaby zamiast tego wyleczyć przyczynę, a nie tylko objawy, a zatem była by efektywna, krótsza i mniej kosztowna. Sama terapia genowa ma kilka znaczeń, które wiążą się z mechanizmem oddziaływania na genom. Pierwszym z nich jest zastąpienie uszkodzonego genu prawidłowym, bądź unieczynnienie genu powodującego choroby lub też wprowadzanie zmian w nieprawidłowo działającym genie. Wymiana genu na nowy, prawidłowy może być stosowana w przypadku chorób jednogenowych recesywnych np. hemofilii, czy mukowiscydozy. W przypadku choroby uwarunkowanej obecnością alleli dominujących bardziej odpowiednia wydaje się być metoda zablokowania genu, natomiast naprawa uszkodzonego genu jest metodą, która może być wykorzystana w obu przypadkach. Jak dotąd terapie te pozostają w sferze planów i licznych eksperymentów. Nie udało się jeszcze opanować umieszczania genów w dokładnie sprecyzowane miejsce genomu, a skutki, jakie może wywołać umieszczenie genu w nieodpowiednim miejscu mogą być groźniejsze niż sama choroba. Mimo fazy eksperymentalnej już udało się osiągnąć pierwsze sukcesy w leczeniu. Eksperyment obejmował kilkoro dzieci chorych na SCID chorobę spowodowaną uszkodzeniem genu. Terapia, jaką zastosowano to umieszczenie prawidłowego genu w genomie retrowirusa i umieszczenie go bezpośrednio w jądrach limfocytów. Mimo obiecujących początków, postęp w terapii genowej nie jest tak szybki jak się spodziewano.

Hodowla zwierząt

Hodowla zajmuje się wszechstronnym i jak najlepszym wykorzystaniem zwierząt na potrzeby człowieka, ciągłym ulepszaniem i wprowadzaniem zmian, by uzyskać określony efekt, czyli organizm, który byłby pod każdym względem najbardziej przydatny dla człowieka. Obecnie w hodowli wykorzystuje się nie tylko metody całkowicie naturalne, wykorzystujące fizjologię, czy cytologię zwierząt, ale korzysta się także z pomocy nauki i techniki, manipulując organizmami w taki sposób, aby posiadały pożądane cechy. Od zarania ludzkości człowiek próbował oswajać zwierzęta dzikie i wykorzystywać je do swoich potrzeb. Takie były początki hodowli. Kiedy oswojone zwierze posiadało cechy korzystniejsze od pozostałych przedstawicieli gatunku, próbowano krzyżować je z drugim o podobnych cechach i w taki sposób otrzymywano zwierzęta o coraz korzystniejszych cechach. Jest to przykład wczesnego doboru sztucznego, który został znacznie bardziej zmodyfikowany z czasem. Na dane cechy wpływa nie tylko genotyp, ale także czynniki środowiskowe, a na ostateczny efekt wpływają w zasadzie wzajemne zależności pomiędzy czynnikami genetycznymi i epigenetycznymi. Czynniki epigenetyczne, czyli wszystkie te, które nie są uwarunkowane genetycznie, to głównie klimat, gleba, odżywianie, pielęgnacja, czynniki chorobotwórcze itd. Jednym z najważniejszych czynników w hodowli jest żywienie. Jedną z podstawowych zasad hodowli jest stworzenie jak najbardziej optymalnych warunków do życia, odpowiednich dla danego gatunku, ponieważ każdy gatunek jest inny i preferuje inne środowisko życia. Zatem genotyp nie determinuje wszystkich cech organizmu, a fenotyp nie koniecznie musi być z nim zgodny, ale może być kształtowany (oczywiście w pewnych granicach, które wyznacza genotyp) w zamierzonym przez człowieka kierunku. Ponadto należy także pamiętać, że różnie reagują na takie same czynniki środowiskowe zwierzęta posiadające różne genotypy.

Hodowla roślin

Podobnie jak w przypadku hodowli zwierząt jej głównym celem jest uzyskanie jak najlepszych odmian roślin użytecznych dla człowieka. Także i tutaj wykorzystuje się do tego celu wiele nauk, a ostatnio również inżynierię genetyczną, która zaczyna odgrywać coraz większą rolę. Hodowla, w której zaprzestano prac nad polepszaniem uprawianych odmian bardzo szybko skutkuje zmniejszeniem plonowania i pogarszaniem jakości nasion; jest to tzw. hodowla zachowawcza. Natomiast odwrotny skutek uzyskuje się dzięki pracom nad tworzeniem nowych, lepszych odmian i jest to tzw. hodowla twórcza. Zarówno hodowla zwierząt jak i roślin w dużym stopniu uzależniona jest od czynników środowiskowych, ale zdecydowanie różnych. Warunki środowiska, tak jak wspomniano wcześniej mogą wpływać korzystnie lub niekorzystnie na fenotyp rośliny. Jednym z najważniejszych czynników jest gleba, a w zasadzie obecność w niej niezbędnych dla roślin składników odżywczych, a są to głównie mikro i makroelementy. Gleba zasadniczo składa się z trzech elementów występujących w postaci fazy stałej, ciekłej i gazowej. W czasie długotrwałej uprawy wszystkie fazy ulegają zmianom, co pociąga za sobą także zmiany stosunków biotycznych i termicznych w obrębie gleby. Hodowla roślin w dużym stopniu koncentruje się nie tyle na samych roślinach, co na zapewnienia im najlepszych warunków środowiskowych, co polega głównie na usuwaniu ze środowiska warunków niekorzystnych lub ograniczaniu ich w jak największym stopniu. Rośliny, które rosną same bez stosowania żadnych zabiegów pielęgnacyjnych bardzo szybko dziczeją, spada ich produktywność, a w skrajnych przypadkach zaniedbania zaczynają być wypierane przez inne rośliny. Do zabiegów poprawiających warunki i wprowadzających zmienność należy stosowanie płodozmianu, czyli zmianowania.