12138-organizmy transgeniczne, semestr IV, genetyka, Genetyka


Organizmy transgeniczne

Organizmy transgeniczne, inaczej GMO, czyli Organizmy Modyfikowane Genetycznie, w tłumaczeniu na j. angielski Genetically Modified Organism, organizmy te zawierają we własnym genomie obce geny, które pochodzą z innego organizmu. Takimi modyfikacjami organizmów i ich genomów zajmuje się specjalna dziedzina zwana inżynierią genetyczną. Ta dziedzina nauki zajmuje się wyizolowywaniem materiału genetycznego z dowolnego organizmu i jego namnożeniem.

Wspomniana modyfikacja polega na wszczepieniu fragmentu DNA do, genomu, który modyfikujemy z innego organizmu, dla którego charakterystyczna jest pewna dana cecha. Może ona także polegać na modyfikacji genu, lub na usunięciu go z organizmu.

Nazwa organizmy transgeniczne bierze się stąd, że na przenoszony gen mówimy inaczej transgen. Transgen jest przenoszony do genomu gospodarza i na stałe do niego włączony, od tej pory będzie on dziedzicznie przenoszony z pokolenia na pokolenie, znaczy to, że genom nie utraci transgenu.

Modyfikacje transgeniczne stosuje się także u roślin, mają one na celu wytworzenie takiego organizmu, który byłby odporny na choroby, szkodniki, zamiany pogodowe, czy zasolenie gleby, także po to, aby zachował dłuższy okres świeżości. Pierwszą zmodyfikowaną rośliną był tytoń, natomiast pierwszym organizmem GMO wprowadzonym do obrotu był pomidor, który dłużej pozostawał świeży, nawet w czasie długiego transportu. Modyfikacje genomu stosowane u zwierząt to przede wszystkim te, które powodują szybszy wzrost, uodparniają na choroby, lut te stosowane u krów powodują u nich większą produkcję mleka.

W ustawie o GMO znaleźć można definicję dotyczącą organizmów modyfikowanych genetycznie, które są inne niż organizm człowieka i w których materiał genetyczny nie jest zmieniany poprzez naturalne metody np. krzyżowania lub naturalnej kombinacji, stosuje się to inne metody takie, jak:

Modyfikacje roślin

Rośliny najczęściej modyfikowane to te, które mają znaczenie gospodarcze, a ich modyfikacje mają na celu nadanie im cech szczególnie pożądanych przez człowieka, czyli np. większa trwałość, odporność na czynniki zewnętrzne takie jak: zmiana warunków pogodowych, szkodniki, wirusy i grzyby. Ważna jest także ochrona roślin poprzez zwiększenie odporności na herbicydy, lub poprawa jakości owoców lub warzyw poprzez polepszenie smaku, czy zapachu. Modyfikacja roślin ozdobnych ma na celu ich utrwalenie i nadanie im intensywniejszego koloru.

Typy modyfikacji roślin

1. Odporność na herbicydy.

Ta jedna z najpowszechniejszych modyfikacji roślin ma na celu uodpornienie rośliny na działanie herbicydu, który ma niszczące działanie na roślinę uprawną. Zmodyfikowana roślina jest wyposażona w nowe lub dodatkowe kopie genu odpowiedzialnego za wytwarzanie enzymów rozkładających herbicydy, przy czym należy pamiętać, iż owy gen już istniał wcześniej w roślinie. Roślina staje się wtedy odporna na herbicydy i nie ma potrzeby aby rozkładać te związki. Metoda ta jest bardzo popularna i bardzo często stosowana, zmodyfikowano już nią wiele roślin takich, jak: kukurydza, soja, rzepak, tytoń, czy pomidory.

2. Odporność na choroby powodowane przez grzyby, wirusy, bakterie.

Dzięki wprowadzeniu transgenu kodującego taki enzymy jak hitynaza, czy glukanaza rośliny uodparniają się na grzybowe i bakteryjne choroby. Enzymy niszczą ścianę komórkową niebezpiecznych dla roślin bakterii, czy grzybów. Inny transformowany gen, koduje osmotynę. Do rośliny wprowadza się wirusa a właściwie jedynie geny białek jego płaszcza, czyli kapsydu oraz jego enzymów: replikazę i proteazę. Wprowadzenie tych białek do rośliny powoduje, że jest ona tak uodporniona, że kolejne zarażenie tym wirusem i jego infekcja będą mniejsze lub skutki choroby pojawią się znacznie później. Przykładem mogą być: tytoń uodporniony na mozaikę tytoniową, ogórek, dla którego nie jest groźna mozaika ogórkowa, lub uodporniony na mozaikę kalafiorową kalafior.

3. Odporność na owady - szkodniki.

Rośliny na owady uodparnia gen Bt, który uzyskuje się z bakterii glebowej Bacillus Thuringensis. Gen ten jest zdolny do kodowania trującego dla szkodników białka o nazwie Cry. Białko to jest na tyle toksyczne, że owad po zjedzeniu komórek rośliny z Cry umiera. Należy wiedzieć, że toksyczność tego białka dotyczy jedynie określonych gatunków szkodników, nie jest ono natomiast szkodliwe dla innych zwierząt, jak np. człowiek. Cry jest staje się toksyczne dopiero w momencie, gdy znajdzie się w układzie pokarmowym szkodnika. Po raz pierwszy zastosowano gen Bt u ziemniaka, który został uodporniony na stonki. U takich roślin jak bawełna, kapusta, pomidory, a przede wszystkim u kukurydzy także wszczepia się gen Bt.

4. Uodparnianie organizmów na czynniki zewnętrzne.

Szkodliwymi czynnikami są: mróz, susza, wysoka temperatura a także zasolenie gleby. Również nadmiar promieniowania słonecznego może szkodzić uprawianym roślinom. Odporność na te czynniki umożliwia prawidłową uprawę roślin na niekorzystnych dla nich terenach. Poprzez modyfikację można uzyskać również rośliny uodpornione na niebezpieczne dla nich zanieczyszczenia środowiska, szczególnie zaś na metale ciężkie znajdujące się w glebie.

5. Poprawianie cech użytkowych, a także jakościowych roślin.

Modyfikacje takie pozwalają na zwiększenie trwałości roślin poprzez opóźnianie ich dojrzewania. Wprowadza się wówczas dodatkowe geny PG, które kodują poligalakuronazę w antysensownej pozycji. Ta modyfikacja uniemożliwia syntezę enzymów rozkładających ścianę komórki, dzięki czemu owoce i warzywa pozostają dłużej świeże, co ma ogromne znaczenie w transporcie tych roślin.

Można także zwiększyć syntezę skrobi, dzięki czemu zwiększa się zawartość suchej masy w przypadku pomidorów. Stosuje się także modyfikację ryżu, poprzez wprowadzenie genów żonkila, ryż ten produkuje więcej beta- karotenu, a w następstwie witaminę A, powoduje on także żółknięcie nasion, dzięki czemu uzyskuje się tzw. złoty ryż. W przypadku pszenicy zwiększa się ilość glutenu powodując polepszenie się mąki, którą uzyskujemy z owych ziaren. Stosuje się również modyfikację ozdobnych roślin poprzez nadprodukcję karotenoidów, roślinę te mają wtedy intensywniejsze kolory, a w przypadku zmian tekstury zabarwienia powstają rośliny o nowych kolorach, czy lepszych zapachach. Wprowadza się także geny, które są odpowiedzialne za produkcję odżywczych białek, czy za większą zawartość makroelementów. Usuwa się również substancje alergenne, czy nadaje kawie lepszy smak oraz intensywniejszy aromat. Zastosowano również taką modyfikację, dzięki której ziarna zbierane z krzewów kawowych posiadają nawet 70% mniej kofeiny niż zwykła kawa. W Polsce dzięki badaniom naukowców pracujących w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu pod przewodnictwem prof. Legockiego zmodyfikowano sałatę, która produkuje szczepionkę mającą zastosowanie w zapaleniach wątroby typu B. W ten sposób wykorzystano roślinę jako bioreaktor. Dzięki tej metodzie można również uzyskać inne substancje takie, jak: antybiotyki, białka, lub enzymy.

Przykłady roślin transgenicznych:

W większości modyfikuje się rośliny, które mają znaczenie dla człowieka.

Modyfikacje genetyczne u zwierząt.

U zwierząt prowadzone modyfikacje służą w celu uzyskania osobników o cechach pożądanych głównie w hodowli, tj. uodpornienie zwierząt na choroby, modyfikacje prowadzące do produkcji substancji, które mają wykorzystanie w farmacji takich, jak enzymy, białka lub inne substancje, także do szybszego zwiększania masy przez np. świnie, czy ryby.

W przeciwieństwie do roślin modyfikacje te nie są tak powszechne, gdyż sam proces wiąże się z różnymi trudnościami, jest on skomplikowany a jego przebieg trwa długo i jest kosztowny. Problem tkwi również w tym, iż modyfikowane zwierzęta narażone są często na choroby, lub nierzadko są bezpłodne. Nie jest możliwym zakup zwierzęcia transgenicznego.

Przykłady transgenicznych zwierząt:

  1. Wykorzystywanie zwierząt jako bioreaktorów. W celu wytworzenia leków stosuje się modyfikacje pozwalające na tworzenie odpowiednio zmienionych genetycznie białek w organizmie zwierzęcia. Takiej modyfikacji podlegają przede wszystkim owce, krowy, czy kozy produkujące mleko, w którym znajdują się pożądane białka. Produkuje się antytrombinę, która jest ludzkim enzymem odpowiedzialnym za krzepliwość krwi. Dzięki niemu możliwa jest kontrola w powstawaniu zakrzepów. Produkowana jest także antytrypsyna, którą stosuje się w przypadku choroby rozedmy płuc, a także erytropoetynę skuteczną w leczeniu anemii.

Wymienić można również inne przykłady takie jak: