Perspektywy rozwoju genetyki

Genetyka jest to nauka o przekazywaniu cech dziedzicznych organizmom potomnym, wraz z nauką o genach, które stanowią materialne podłoże warunkujące ujawnianie się cech.
Możemy wyróżnić genetykę roślin, zwierząt i człowieka.
Genetyka biochemiczna jest nauką zajmująca się chemiczną i fizyczną naturą genów oraz mechanizmem kontrolowania przez nie rozwoju i zachowywania tożsamości dziedziczonych cech. Genetyka molekularna to gałąź genetyki, która zajmuje się budową cząsteczkową genów i ich funkcją, wraz z odtwarzaniem (replikacją) kwasów dezoksyrybonukleinowych (DNA) oraz przeniesieniem zakodowanej w nich informacji genetycznej (transkrypcji) na kwasy rybonukleinowe (RNA), które stanowią matrycę do syntezy białek (proces translacji). Genetyka kliniczna bada rolę czynników genetycznych dla rozwoju zmian patologicznych.


CO TO JEST INŻYNIERIA GENETYCZNA?

Inżynieria genetyczna polega na przenoszeniu genów z jednego żywego organizmu do innego. Umożliwia uzyskanie szczepów bakterii wytwarzających użyteczne białka, a także wyhodowanie roślin i zwierząt, w których komórkach ulegają ekspresji obce geny. Konsekwencją tych osiągnięć jest ogromny postęp w takich dziedzinach, jak farmaceutyka, medycyna i genetyka człowieka oraz rolnictwo. Współczesna inżynieria genetyczna rozwija się bardzo prędko i stosuje cały szereg różnych technik, w zależności od tego jaki wynik pragnie się otrzymać. DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) zawiera instrukcję wszystkich działań żywej komórki. Gen stanowi część składową DNA. Każdy gen zawiera informację zakodowaną w jego chemicznej strukturze, w taki sposób, że cały zestaw genów w komórce determinuje wszystkie cechy organizmu. Geny zawierają w sobie pełną instrukcję chemiczną potrzebną organizmowi do funkcjonowania a ponieważ informacja ta jest przekazywana z pokolenia na pokolenie, potomstwo przejmuje cechy swoich rodziców.
Obecnie naukowcy używają enzymów do "rozrywania" struktur DNA w konkretnych miejscach, wkładają w nie nowe kawałki i na powrót je "sklejają". Mogą oni w ten sposób "wyciąć i wkleić" geny z jednego do drugiego organizmu - zmieniając w ten sposób strukturę DNA a zatem także naturalne cechy organizmu. Manipulacja tych cech ma oczywiście ukierunkowany charakter.
Ludzkość z nadzieją i obawą śledzi nowe osiągnięcia inżynierii genetycznej, która budzi bardzo wiele kontrowersji. Zwolennicy mają nadzieję, że przyniesie ona wiele rozwiązań jeśli chodzi o choroby, na które nie ma jeszcze lekarstwa. Przeciwnicy natomiast bardzo krytykują wszelkiego rodzaju klonowanie. Wiele emocji ostatnio budzi również produkcja żywności transgenicznej dla krajów trzeciego świata, tam gdzie panuje głód. Tak naprawdę wszystko co nowe, niewiadome budzi lęk, agresję i sprzeciw. Sądzę, że powinno być więcej informacji o zaletach i wadach inżynierii genetycznej, by nie było żadnych wątpliwości.
Przedstawię teraz najważniejsze zalety inżynierii genetycznej.


NAJWAŻNIEJSZE ZALETY INŻYNIERII GENETYCZNEJ

Medycyna i farmacja
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 możliwosci produkcji i jest obecnie wykorzystywane przez liczne firmy w przemyśle chemicznym lub farmaceutycznym. Wykorzystuje się ją obecnie w medycynie : zarówno w diagnostyce jak i profilaktyce czy nawet terapii. Przemysł farmaceutyczny skorzystał dzięki stworzeniu szeregu leków dzięki technikom rekombinowanego DNA. Coraz śmielej współczesna biotechnologia próbuje ingerować w naturę. Prawdopodobnie niedługo powszechna stanie się transgenizacja zwierząt i roślin , być może także ich klonowanie. Perspektywy zastosowań są niezmiernie szerokie. Jak każda rewolucyjna idea wywołuje szereg kontrowersji ale i nadziei.
Wiele produktów białkowych otrzymywanych przez człowieka z naturalnych źródeł nie zaspokaja rosnącego popytu. Metody sztucznej rekombinacji DNA nie tylko umożliwiły powstanie nowych niezwykle użytecznych narzędzi do badania podstawowych mechanizmów funkcjonowania żywych komórek, lecz także przyczyniły się do rozwoju całkowicie nowych działów technologii. W niektórych przypadkach białka, a także żywe komórki uzyskane w wyniku manipulacji z wykorzystaniem metod inżynierii genetycznej zaczynają odgrywać ważną rolę w naszym życiu. Najbardziej spektakularnych przykładów dostarcza farmakologia i medycyna. Jednym z pierwszych białek, które dzięki zastosowaniu metod inżynierii genetycznej mogło być wytwarzane jako produkt handlowy, była ludzka insulina produkowana w E.coli. Przed uzyskaniem szczepów bakterii produkujących ten ludzki hormon insulinę otrzymywano wyłącznie z trzustek zwierząt. Wielu cukrzyków nabyło alergii w stosunku do insuliny pochodzenia zwierzęcego, której sekwencja aminokwasowa różni się nieco od sekwencji aminokwasowej insuliny ludzkiej. Możliwość wytwarzania ludzkiego białka za pomocą technologii sztucznej rekombinacji DNA ma ogromne znaczenie dla chorych cierpiących na cukrzycę. Wytwarzany za pomocą tych samych metod ludzki hormon wzrostu jest niezbędny w leczeniu wad wzrostowych występujących u niektórych dzieci. Hormon ten uzyskiwano przedtem wyłącznie ze zwłok.
Określenie sekwencji fragmentów DNA pozwala wykryć nie tylko szkodliwe mutacje w istotnych genach, ale także infekcje wirusowe, w tym zakażenia wirusem HIV.
Inżynieria genetyczna umożliwia uzyskiwanie ludzkich białek u bakterii.
Rozpatrzę teraz przykład hemofilii. Można sklonować gen kodujący - brakujący czynnik krzepliwości i zmusić jakiś mikroorganizm do produkcji białka potrzebnego chorym (oczyścić go ).
Techniki inżynierii genetycznej i analiza ludzkich genów umożliwiły określenie, w jakich genach występują mutacje powodujące niektóre choroby człowieka. Analiza takich genów pozwala zrozumieć, co się dzieje w danej chorobie, a to z kolei ułatwia opracowywanie leków. Dzięki technikom inżynierii genetycznej uzyskano wiele mysich modeli dla chorób ludzkich. Są to myszy pozbawione pewnych genów lub takie, którym wprowadzono określone geny, na przykład zwiększające podatność na nowotwory. Myszy takie służą do badania, na czym polega konkretna choroba oraz do testowania nowych leków.
W ciągu ostatnich lat na rynku pojawiły się różne białka uzyskane technikami inżynierii genetycznej, np. hormon wzrostu potrzebny dzieciom z defektami w jego produkcji, insulina, którą leczy się cukrzycę, czynniki krzepliwości krwi dla chorych na hemofilię, szczepionka przeciwko żółtaczce zakaźnej, uzyskana przez klonowanie jednego z genów wirusa zapalenia wątroby typu B.
Oczywiście białek tych jest więcej. Ciągle też uzyskuje się nowe.

Produkcja leków i szczepionek
To chyba największe zadanie inżynierii genetycznej. Ma ono na celu zapewnienie zdrowia zażywającym dany specyfik. Takie leki i szczepionki nie powodują skutków ubocznych. Jako przykład można podać insulinę, którą podaje się chorym na cukrzycę, hormon wzrostu, czynnik krzepnięcia krwi; szczepionki wirusowe i bakteryjne.

Terapia genowa
W laboratoriach genetyków trwają badania nad tak zwaną terapią genową. Terapia genowa jest metodą przyszłościową, która obecnie przechodzi próby kliniczne. Dzięki tej metodzie być może uda się wyleczyć niektóre choroby genetyczne, na przykład: w leczeniu nowotworu krwi DNA ekstrahuje się ze szpiku kostnego pacjenta; geny poddaje się działaniu enzymów tnących DNA, modyfikuje się je, a następnie z powrotem wstrzykuje pacjentowi.

Hodowla zwierząt
W ostatnich latach duże nadzieje badawcze wiąże się z pracami hodowlanymi genetycznie zmienionych zwierząt. Pierwsza transgeniczna owca Dolly będąca klonem została wyhodowana w 1997 r. ,a wydzielane przez jej organizm mleko ma właściwości lecznicze dla organizmu ludzkiego. Te szczególne cechy zwierzęcia osiągnięto przez wprowadzenie do jej genomu genu ludzkiego, kodującego czynnik IX, odpowiedzialny za powstawanie białka biorącego udział w procesie krzepnięcia krwi u ludzi chorych na hemofilię. Hodowla transgenicznych zwierząt zachęca do dalszych badań nad otrzymaniem genetycznie zmienionych dużych zwierząt z defektami genetycznymi naśladującymi ludzkie choroby. Prowadzone na dużą skalę prace badawcze na drobnych ssakach (myszy) nie dały spodziewanych rezultatów, aczkolwiek otrzymane wyniki posłużyły w prawdzie doskonaleniu technik hodowlanych, to jednak wielkość tych zwierząt, specyfika genów i okres życia nie mają bezpośredniego zastosowania dla organizmu ludzkiego. Uważa się więc, że owce, świnie, małpy i inne duże ssaki będą bardziej przydatne w badaniach biomedycznych.

Odradzanie lub zapobieganie wyginięciu niektórych gatunków zwierząt
Rozmnażanie lub odradzanie zwierząt metodą klonowania lub innymi sposobami inżynierii genetycznej wiąże się z dużym ryzykiem jest jednak także alternatywną metodą. Za kilka lat być może będziemy podziwiać olbrzymiego mamuta włochatego lub tury przechadzające się majestatycznie po polskich parkach narodowych.
U gatunków ginących możemy wykorzystywać sztuczne zapłodnienia i bezpośrednią opiekę nad młodym. Np. w przypadku pandy wielkiej bardzo trudno jest w naturalny sposób zasilić populację, ponieważ samica tego zwierzęcia przeżywa okres rui jedynie raz w roku.

Zwiększenie wydajności roślin i zwierząt
Badania nad poprawianiem metodami inżynierii genetycznej roślin i zwierząt mają na celu zapewnienie komfortu, wygody i zdrowia ludzi spożywających je. Przykładem może być: przedłużenie trwałości pomidora, czy "stworzenie" krowy z wysoko proteinowym mlekiem. Projekty te jednak mają wiele wad np.: pomidory miały zmieniony smak, a krowy chorowały na artretyzm i szybko zdechły.

Klonowanie
Technika klonowania polega na przeszczepieniu jądra dowolnej komórki organizmu do komórki jajowej innego organizmu tego samego gatunku. Umożliwia to pozaseksualne mnożenie osobników gatunku ludzkiego o identycznej informacji genetycznej, czego konsekwencją stać się może seryjna produkcja dowolnie planowanych sobowtórów, czyli osobników o identycznych uzdolnieniach fizycznych i duchowych. Jeżeli zatem będzie się dokonywać tego zabiegu na substancji genetycznej wybitnych jednostek, to ile razy uda się ten zabieg szczęśliwie przeprowadzić, otrzyma się w wyniku tylu takimi samymi właściwościami obdarzonych osobników. Technicznie możliwe stało się klonowanie nowych istot ludzkich w taki sam sposób, w jaki powstała owca Dolly. Techniki inżynierii genetycznej osiągnęły obecnie taki stopień zaawansowania, że każda z setek milionów komórek ludzkiego ciała może być wykorzystana do stworzenia nowej istoty ludzkiej. Jednakże, jak dowodzi tego przykład bliźniąt jednojajowych, klon człowieka nie byłby jego dokładną repliką. Byłaby to osoba o identycznych genach, różniąca się jednak charakterem czy inteligencją od pierwowzoru. Techniki te mogą być zastosowane w przypadkach par niepłodnych, czyli takich, które w sposób naturalny nie mogą mieć dzieci.

Analiza DNA pozwala także bez trudu i z całkowitą pewnością odróżnić od siebie poszczególne osoby. W inżynierii genetycznej stosuje się tak precyzyjne urządzenia, ze do wykonania analizy wystarcza fragment tkanki niewidoczny gołym okiem. Dzięki tej technologii labolatoria kryminalistyczne w różnych krajach pomogły policji zidentyfikować wielu groźnych przestępców, którzy byli pewni, że na miejscu przestępstwa nie pozostawili żadnych śladów.



ORGANIZMY TRANSGENICZNE

Organizmy transgeniczne (modyfikowane genetycznie) - to takie, które posiadają obce geny czyli pochodzące z innego organizmu. Jak takie geny wprowadzać? Dla inżynierii genetycznej nie jest to wcale trudne. Wystarczy znaleźć organizm, który posłużył by jako nośnik ( wektor ) obcego genu. Takimi organizmami są bakterie do których DNA włancza się obcy gen ( fragment DNA ) To właśnie bakteria może przenosić i przekazywać obcy gen do komórek roślin.

ROŚLINY TRANSGENICZNE

Rośliny transgeniczne mogą mieć cechy niemożliwe lub trudne do uzyskania w sposób inny niż przez wprowadzenie konkretnych genów.
Otrzymuje się je z transformowanych komórek roślinnych, z których regeneruje się całe rośliny. W ten sposób właśnie uzyskano np. transgeniczne odmiany soli i kukurydzy oporne na szkodniki i na określone rodzaje środków niszczących chwasty (herbicydy). W Stanach Zjednoczonych transgeniczna soja i kukurydza wyparły odmiany klasyczne. Ich uprawa jest tańsza, a pozyskiwane surowce są lepszej jakości. Również w wielu innych krajach na całym świecie uprawia się rośliny transgeniczne. W rezultacie masowo pojawiły się produkty żywnościowe i kosmetyczne, zawierające składniki pochodzące z takich roślin. Wzbudza to zaniepokojenie ludzi, którzy uważają, że tzw. żywność transgeniczna nie jest całkowicie bezpieczna. Jak dotąd jednak nie ma żadnych danych wskazujących na szkodliwy wpływa obecnych na rynku produktów transgenicznych na zdrowie człowieka. Przeciwnicy stosowania upraw transgenicznych na szeroką skalę objawiają się również, że geny wprowadzone do roślin uprawnych mogą się rozprzestrzenić na inne organizmy i spowodować zakłócenie naturalnej równowagi ekologicznej.

Pewne nowe odmiany roślin, na przykład tak zwany złoty ryż z wprowadzonym genem wytwarzania witaminy A, mogą mieć ogromne znaczenie w zapobieganiu chorobom wynikającym z niedożywienia i braku witamin w krajach Trzeciego Świata. Być może wkrótce szczepionki pod postacią owoców będą rozwożone do regionów, gdzie docieranie służb medycznych jest trudne i kosztowne.


Przykładami roślin modyfikowanych są:
tytoń (transgeniczny tytoń –odporny na hebrycydy, czyli środki chwastobójcze),
kukurydza (transgeniczna kukurydza zawiera obcy gen decydujący przeciw owadom ), ziemniak, pomidor (maja owoce o przedłużonej trwałości), truskawki, soja, ryż, rzepak, buraki cukrowe (o odporności na środki chwastobójcze, czyli na herbicydy, a także przeniesiony z bakterii gen produkujący truciznę), sałata, bawełna, pszenica, dynia, winogrono, banany, kapusta, seler.
Podsumowując, zalety są następujące :
- rośliny poddane modyfikacji genetycznej można uprawiać w rożnych klimatach/glebach; są odporne na inwazję szkodników
- plony z uprawy roślin modyfikowanych genetycznie są wyższe, a koszty uprawy niższe
- produkty uzyskane z takich upraw mają dłuższy okres trwałości
- plony zawierają więcej białka i innych składników odżywczych

Nie ulega wątpliwości, że żywność modyfikowana genetycznie, która już dziś przynosi wiele korzyści, w przyszłości może okazać się niezastąpiona. Wiele jednak zależy od tego, w jaki sposób - w miarę zaawansowania prac w tej dziedzinie - rozwiązywane będą aspekty etyczne. Szczególnie drażliwa dla wielu osób jest kwestia możliwości ingerowania naukowców w odwieczny porządek świata.

ZWIERZĘTA TRANSGENICZNE

Jedną z dróg uzyskiwania metodami inżynierii genetycznej białek zwierzęcych jest wykorzystanie do ich wytwarzania żywych zwierząt, do których komórek wprowadzono odpowiednio przygotowany gen. Takie zwierzęta transgeniczne otrzymuje się zwykle wprowadzając odpowiedni gen, za pomocą mikroiniekcji do jądra zapłodnionej komórki jajowej. Jajo takie implantuje się, następnie w macicy samicy, gdzie przechodzi normalny rozwój. Transgeniczne potomstwo znajduje szerokie zastosowanie w różnego rodzaju badaniach naukowych. Dotyczą one regulacji ekspresji genów, funkcjonowaniu układu odpornościowego, chorób genetycznych, a także genów odpowiedzialnych za powstawanie nowotworów.
Modyfikacje zwierząt mają na celu głównie uzyskanie zwierząt o pożądanych cechach w hodowli - szybciej rosnące świnie, ryby, zastosowaniu ich w produkcji białek, enzymów, innych substancji wykorzystanych w przemyśle farmaceutycznym, uodpornieniu na choroby.
Modyfikacje zwierząt nie są tak popularne jak roślin, głównie ze względu na trudności w samym procesie modyfikacji, proces jest bardzo skomplikowany i trwa długo, bardzo wysokich kosztach. Zwierzęta modyfikowane genetycznie często chorują, czy są bezpłodne.



PODSUMOWANIE

Inżynieria genetyczna otwiera przed nami zupełnie nowe perspektywy. Dzięki niej można będzie w przyszłości rozwiązać wiele problemów globalnych, takich jak, na przykład, głód na świecie. Niestety inżynieria genetyczna niesie także za sobą wiele zagrożeń, np. tworzenie nowych broni biologicznych, które mogą być zagładą dla świata. Taka wiedza o genetyce doprowadzić może też do tego, że sami zaczniemy kierować ewolucją człowieka. Naukowcy eliminując choroby, które nękają ludzkość, próbują doprowadzić do stworzenia człowieka doskonałego. Dzięki inżynierii genetycznej pojawiło się szereg wspaniałych możliwości. Inżynieria genetyczna przydaje się człowiekowi lecz nie możemy mieć całkowitej pewności co do tego, czy wprowadzane przez nas zmiany w genetyczne dziedzictwo człowieka – choćby najdrobniejsze i wydawałoby się zupełnie niewinne – nie spowodują jakichś o wiele poważniejszych i nie dających się odwrócić skutków negatywnych.