„Organizmy GMO - znaczenie i możliwości zastosowania w praktyce”

Co to są organizmy GMO?

Są to organizmy genetycznie zmodyfikowane (z ang. Genetically Modified Organism), a więc zawierające geny pochodzące od obcego organizmu, wprowadzone za pomocą metod inżynierii genetycznej. Gen wprowadzany do modyfikowanego organizmu to transgen, stąd też organizmy GMO nazywamy transgenicznymi.

Definicja z Ustawy o GMO z dnia 22.06.2001r.:

Organizm modyfikowany genetycznie to organizm inny niż organizm człowieka, w którym materiał genetyczny został zmieniony w sposób nie zachodzący w warunkach naturalnych wskutek krzyżowania lub naturalnej rekombinacji, w szczególności przy zastosowaniu:

• technik rekombinacji DNA z użyciem wektorów, w tym tworzenia materiału genetycznego poprzez włączenie do wirusa, plazmidu lub każdego innego wektora cząsteczek DNA wytworzonych poza organizmem i włączenie ich do organizmu biorcy, w którym w warunkach naturalnych nie występują, ale w którym są zdolne do ciągłego powielania,

• technik stosujących bezpośrednie włączenie materiału dziedzicznego przygotowanego poza organizmem, a w szczególności: mikroiniekcji, makroiniekcji i mikrokapsułkowania,

• metod nie występujących w przyrodzie dla połączenia materiału genetycznego co najmniej dwóch różnych komórek, gdzie w wyniku zastosowanej procedury powstaje nowa komórka zdolna do przekazywania swego materiału genetycznego odmiennego od materiału wyjściowego komórkom potomnym.

Znaczenie organizmów GMO

Najczęściej modyfikowanymi organizmami są rośliny. Wynika to z ich prostszej budowy genomu, a także z różnicy etycznej prowadzonych doświadczeń na roślinach a na zwierzętach. Modyfikacja zwierząt jest droższa i trudniejsza, a tym samym pracochłonna. Poza tym zwierzęta częściej chorują i są bezpłodne, przez co nie podlegają prawom dziedziczenia, co mija się z celem. Ponadto rośliny GMO możemy hodować z tysiącach, a nawet większej liczbie osobników, zajmując mniejszą powierzchnię terenów.

Przed właściwą hodowlą genetycznie zmodyfikowanych organizmów przeprowadzanych jest wiele doświadczeń, podczas których wyłącza się ekspresję wybranego genu. Zaobserwowane różnice pomiędzy organizmem GMO a jego formą wyjściową daje naukowcom podstawę do wysunięcia teorii odnośnie funkcji spełnianej przez ten gen. Gdy już jego znaczenie jest odgadnięte można wszczepiać jego kopie do wybranych organizmów. Najczęstszymi zwierzętami laboratoryjnymi są szczury i myszy. Zwykle wycisza im się dane geny tzw. knock - out.

Organizmy GMO mają ogromne znaczenie głównie dla biotechnologii zielonej (rolnictwa) i czerwonej (medycyna), rzadziej dla białej (ochrona środowiska). Powodem wykorzystywania organizmów GMO w tych dziedzinach gospodarki jest poprawa jakości życia człowieka, jak również jego ratowanie.

W rolnictwie dąży się do stworzenia rośliny doskonałej, która będzie odporna na wszystkie czynniki szkodzące jej egzystencji (herbicydy, owady, choroby, niekorzystne warunki środowiska), przy czym jej właściwości zostaną wzbogacone - zwiększona żywotność i zwiększone plony. U zwierząt najczęściej jest zwiększana masa ciała np. u ryb, dzięki czemu jest zmniejszana ilość poławianych ryb, a zwiększana ich jakość. Najczęściej hodowaną rośliną GMO jest soja odporna na działanie herbicydów, a pierwszą pomidor Flavr Savr, który dłużej utrzymywał świeżość. PRZYKŁADY (biblioteka rolnicza):

Kukurydza

• odmiany z wszczepionym genem bakterii Bacillus thuringiensis, co zabezpiecza je przed żerowaniem szkodników, nieszkodliwe dla ludzi zwierząt i nie uszkadzających jej owadów

• odmiany odporne na substancję aktywną herbicydów

• odmiany o obniżonej zawartości związków fosforu występujących w nieprzyswajalnej dla zwierząt postaci

• odmiany o podwyższonej zawartości tłuszczu

• odmiany wytwarzające związki chemiczne używane do wyrobu leków lub szczepionek

Owce

• klon imieniem Polly z wszczepionym genem warunkującym wytwarzanie białka produkowanego dotychczas tylko przez organizm ludzki, a używanego w medycynie

• zwierzęta produkujące ludzki enzym, który może pomóc w leczeniu stwardnienia rozsianego

• zwierzęta o zwiększonej zdolności do tworzenia tkanki mięśniowej

• zwierzęta wytwarzające wełnę toksyczną dla moli i nie kurczącą się w praniu

W medycynie dąży się do ulepszenia metod pozyskiwania z organizmów GMO potrzebnych białek, enzymów, hormonów, które często są jedyną możliwością leczenia oraz witamin. Dąży się także do zmniejszania kosztów tych metod. Zwierzęta GMO dodatkowo są traktowane jako dawcy organów. Najbliższy genomowi człowieka jest genom świni i dlatego jest ona potencjalnym przyszłym dawcą organów. Rośliny niektóre są traktowane jako szczepionki przed chorobami.

W ochronie środowiska są stosowane rośliny genetycznie modyfikowane, które potrafią absorbować i degradować metale ciężkie ze środowiska. Do takich roślin należą m.in. gorczyca i tytoń. Gorczyca GMO absorbuje dwa do czterech razy więcej selenu z zanieczyszczonej gleby niż organizmy niezmodyfikowane. Tytoń jest w stanie usunąć toksyczne metale ciężkie (m.in. rtęć czy kadm) z gleby i wody.

Możliwości zastosowania organizmów GMO

Rośliny:

1. Odporność na herbicydy - do genomu rośliny wprowadzany jest gen kodujący enzym, który rozkłada dany herbicyd. Dzięki temu pola uprawne mogą być opryskiwane danym środkiem chwastobójczym bez obaw o jego wpływ na uprawiane rośliny. Najpopularniejszym herbicydem jest RoundUp Ready - glisofat, który hamuje działanie syntazy EPSPS - enzymu odpowiadającego za syntezę aminokwasów aromatycznych. Gen rozkładający glisofat koduje enzym GOX (oksydoreduktaze glifosatu). soja, rzepak, tytoń, pomidory

2. Odporność na szkodniki - wprowadzony jest gen kodujący białko Cry, które jest toksyczne tylko dla określonych gatunków owadów, powodując ich śmierć. Człowiek i inne zwierzęta nie są wrażliwi na te białko, gdyż nie posiadają w swoich organizmów receptorów dla niego. Gen ten został pozyskany od bakterii glebowej Bacillus thuringensis, stąd też metoda ta nazwana jest modyfikacją Bt. kukurydza, bawełna, ziemniaki, pomidory

3. Odporność na choroby:

wirusowe - działa to na podobnej zasadzie jak podanie szczepionki przeciwko danemu wirusowi. Wprowadzany jest gen kodujący białko zawarte w kapsydzie danego wirusa, a także jego enzymy: replikaze i proteaze. Dzięki temu infekcja tej rośliny danym wirusem będzie słabsza. odporność tytoniu na wirusa mozaiki tytoniowej (TMV), ogórka na wirusa mozaiki ogórka, kalafiora na wirusa mozaiki kalafiora

grzybowe, bakteryjne - wprowadzane są głównie trzy geny: kodujące hitynazę i glukanazę, które rozkładają ścianę komórkową grzybów lub bakterii oraz kodujący osmotynę, która niszczy błonę komórkową tych drobnoustrojów.

4. Odporność na niekorzystne warunki środowiska - wprowadzane są geny, dzięki którym rośliny opierają się suszy, zasoleniu gleby, potrafią akumulować, a nawet degradować metale ciężkie ze środowiska (np. gorczyca). Rośliny takie są w stanie przetrwać w środowisku wcześniej dla nich niedostępnym.

5. Poprawa lub nadanie nowych cech jakościowych:

wydłużenie trwałości roślin - wprowadzone są dodatkowe geny PG w pozycji antysensownej, które kodują poligalakuronazę. Dzięki tej modyfikacji enzym prowadzący lizę ściany komórkowej rośliny nie jest produkowany. Zwiększa się jej żywotność i spowalnia się proces dojrzewania. pomidory

poprawa jakości uzyskiwanych z rośliny produktów - mąka uzyskiwana ze zmodyfikowanego „złotego ryżu” jest lepszej jakości niż uzyskiwana ze zwykłej pszenicy. Powodem tego jest zwiększona ilość glutenu w ziarnach „złotego ryżu” poprzez wprowadzenie transgenu żonkila, która odpowiada za produkcję beta - karotenu (prekursora witaminy A). Wizualnie nasiona takie mają intensywnie żółte zabarwienie, stąd też nazwa rośliny.

poprawa cech roślin ozdobnych - wzbogacenie lub zmiana kolorów, intensyfikacja zapachów.

niwelowanie złego działania rośliny - usuwanie alergenów z rośliny, które wywołują reakcje uczuleniowe. Zmniejszenie zawartości kofeiny, środka uzależniającego, w nasionach krzewów kawowych nawet o 70% (kawa).

modyfikacja roślin w celach medycznych - sałata zawierająca szczepionkę na zapalenie wątroby typu B.

Zwierzęta:

1. Bioreaktory - zwierzęta zmodyfikowane genetycznie, produkujące pożądane białka. Do tego celu najczęściej używa się zwierząt dających mleko, z którego będzie izolowane dane białko: antytrombina - ludzki czynnik krzepliwości krwi (kontrola powstawania zakrzepów) antytrypsyna - leczenie rozedmy płuc erytropoetyny - leczenie anemii

ludzka insulina - przeciwko cukrzycy (z krowiego mleka)

Inne zwierzęta:

Buhaj z genem, kodującym lakoferytynę, która ma znaczenie w leczeniu niedoboru żelaza.
Owce z ludzkim enzymem pomocnym w walce ze stwardnieniem rozsianym.

2. Szybki wzrost poprzez wprowadzenie do genomu zwierzęcia dodatkowych genów kodujących hormony wzrostu: głównie ryby (karpie, łososie) czasem zwierzęta gospodarskie (świnie, króliki, owce).

3. Zwiększona ilość i ulepszona jakość produktów zwierzęcych - można zwiększyć ilość produkowanego mleka, a także udoskonalić metody tworzenia z niego sera. Produkcja sera staje się bardziej wydajna dzięki wprowadzeniu dodatkowych genów kodujących beta - i kappa - kazeinę. Owce wytwarzają wełnę toksyczną dla moli, która dodatkowo nie kurczy się w praniu.

4. Odporność na choroby - podobny mechanizm jak u roślin. Wszczepia się transgeny, które kodują enzymy lityczne drobnoustrojów.

5. Dawcy narządów - zwierzęciu wszczepiony jest gen zniesienia immunologicznej bariery pomiędzy nim a organizmem człowieka:

Transgeniczna świnka TG 1154 urodzona we wrześniu 2003 roku w Polsce. Objęta jest projektem pt. "Wykorzystanie genetycznie zmodyfikowanych świń dla pozyskiwania organów do transplantacji u człowieka".

6. Zwierzęta laboratoryjne, na których prowadzi się doświadczenia.

7. Usuwanie cech negatywnych zwierząt - sierść transgenicznych kotów nie powoduje alergii.

8. Transgeniczne rybki akwariowe z genami z meduzy, kodującymi białka GFP, dzięki którym fluoryzują w ciemności.

Ważniejsze zastosowania organizmów GMO

Ludzka insulina z krowiego mleka - gen odpowiadający za produkcje insuliny został wszczepiony do krowiego zarodka, następnie cały zarodek poddano klonowaniu i umieszczono w ciele zastępczej matki. Narodziły się cztery cielaki, nazwane kolejno Patagonia 1,2,3 i 4, które razem z mlekiem potrafiły wydzielać insulinę. Ta metoda może zmniejszyć koszty produkcji insuliny nawet o 30%.

Szczepionka przeciwko AIDS i wirusowemu zapaleniu wątroby typu B w pomidorach - na razie badania te zostały przeprowadzone na myszach ale jest to metoda, która jest tania i szybka, a co najważniejsze byłaby ogólnie dostępna.

Jaja transgenicznych kur przeciw nowotworom - do kurzych zarodków wprowadzono dwa transgeny: gen przeciwciała monoklonalnego miR24 i gen ludzkiego interferonu 1a-b za pomocą wirusa. Przeciwciało jest stosowane przeciwko czerniakowi, a interferon atakuje guzy i wirusy infekujące komórki. Te geny zostały wbudowane do kurzego genomu. Tak powstałe transgeniczne koguciki kojarzono z naturalnymi samicami i z ich potomstwa wybierano te osobniki, które posiadały w dalszym ciągu dwa nowe geny, dzięki którym produkowały pożądane białka.

Źródła informacji:

http://www.biotechnolog.pl/gmo-3.htm

http://www.biotechnolog.pl/pliki/GMO_styczen_2007.pdf

http://www.biotechnolog.pl/gmo-7.htm

http://www.biotechnolog.pl/gmo-6.htm

http://www.biotechnolog.pl/gmo-4.htm

http://www.biotechnolog.pl/news-264.htm

http://www.biotechnolog.pl/news-120.htm

http://www.biotechnolog.pl/news-527.htm

http://www.biotechnolog.pl/news-57.htm

http://www.biotechnolog.pl/news-453.htm

http://www.cbr.edu.pl/gmos.htm

7

---