0000028(2)

genetyka

12. Znaczenie genetyki

ZNACZENIE GENETYKI SYSTEMATYCZNIE ROŚNIE

Człowiek juz od bardzo dawna stosuje różnorodne, celowe zabiegi, zmierzające do uzyskania użytecznych, żywych organizmów lub produktów z nich pochodzących. Ogólnie działania takie określa się jako tzw. biotechnologię. W szerokim znaczeniu obejmuje więc ona zarówno, np. selekcję prowadzoną przez hodowców bydła, wykorzystanie drożdży do produkcji piwa, jak i bezpośrednie manipulacje materiałem genetycznym, czyli inży nierię genetyczną. Ta ostatnia należy do najgwałtowniej rozwijających się dziedzin nauki. Według niektórych prognoz jest to najbardziej przyszłościowy, ale też i najniebezpieczniejszy nurt ludzkiej działalności.

Genetyka ma dzisiaj znaczenie:

1.    Dla nauk podstawowych, np. wspiera nasze dociekania na temat ewolucji organizmów (por. BIOLOGIA OGÓLNA);

2.    Dla nauk stosowanych:

A)    rolnictwa i hodowli (por. ROZDZ: 12.2).

B)    przemysłu farmaceutycznego i medycyny w leczeniu chorób nie tylko dziedzicznych (por. ROZDZ: 12.3).

Ponieważ techniki wykorzystujące osiągnięcia inżynierii genetycznej są zdecydowanie najbardziej obiecujące i służyć mogą zarówno hodowcom, jak i lekarzom oraz farmaceutom, zostały przedstawione jako pierwsze (por. ROZDZ: 12.1).

12. 1. Inżynieria genetyczna

I WAGA: Stosowane w inżynierii genetycznej techniki (metody) są bardzo zróżnicowane i nic ma tu miejsca na opisywanie wszystkich. Dlatego np. złożone problemy związane z identyfikacją konkretnego genu zostały całkowicie pominięte. Zainteresowanych odsyłam więc do literatury.

INŻYNIERIA GENETYCZNA POLEGA NA BEZPOŚREDNIEJ INGERENCJI W DNA

Za pierwsze manipulacje materiałem genetycznym można uznać doświadczenia Griffitha i innych badaczy nad transformacją oraz transdukcją (por. ROZDZ: 2.1). Podstawową wadą takich technik jest ich ograniczony zasięg (niemożność stosowania w przypadku organizmów eukariotycznych) oraz niewielka skuteczność (wynikająca z biernego oczekiwania na losowo uzyskiwane efekty). Tymczasem ..prawdziwa" inżynieria genetyczna daje możliwość znacznie bardziej kontrolowanego i bezpośredniego „operowania” DNA. Wyjaśnienie, na czym to „operowanie polega zacznijmy od przedstawienia zasadniczej strategii postępowania. Później zaś zajmiemy się różnymi ograniczeniami i bardziej konkretnymi przykładami. Przyjmijmy na początek. ze dana oiąnipulacia materiałem genetycznym dotyczy zwykle pojedynczego genu, trzeba więc (por. Ryc. 124):

1.    Znaleźć go i wyizolować (względnie zsyntetyzować dc novo, np. w oparciu o znajomość sekwencji aminokwasów w białku):

2.    Opracować skuteczny sposób przeniesienia tego genu do komórek biorcy;

3.    Umieścić nowy gen w pożądanym rejonie DNA biorcy.

TRAWIENIE	W
RESTRYKTAZĄ			UOACJA O \ y^ hybrydowe ^y (zrekombitwwane) DNA
TRAWIENIE
RESTR YKTA/y\

-s 0	<-	r. -> V._
/.mieniona
genetycznie	TR/iNSFORMACJA
komórka		komórka
biorcy		biorcy
_)		y

Ryc. 124. Model przedstawiający ogólną strategię inżyniera genetycznej z użyciem wektora plazmidowego. Pojęcia: dawca i biorca mają znaczenie symboliczne, ponieważ może to być ten sam gatunek, a nawet organizm (dokładniejszy opis w tekście).

DNA wektora

GEN STANOWI W KOMÓRKACH ZNIKOMĄ CZĘŚĆ CAŁEGO GENOMU

Tak więc znalezienie pojedynczego genu zawsze będzie wymagało pofragmentowania DNA („pokawałkowania”). W przypadku manipulowania na poziomie molekularnym, użycie do tego celu tradycyjnych narzędzi nie wchodzi w rachubę (nawet jeśli operowałby nimi sam „mistrz' MacGyver). Potrzebne tutaj będą znacznie subtelniejsze sposoby. Przede wszystkim powinny one umożliwiać cięcie DNA w określonych miejscach, a następnie łączenie odpowiednich fragmentów w jedną całość. Możliwości takie pojawiły się dopiero ok. 25 lat temu. gdy odkryto enzymy restrykcyjne (restryktazy). Są to endonuklcazy syntetyzowane w bakteriach zaatakowanych przez wirusy. Enzymy restrykcyjne spełniają funkcje „inteligentnych, molekularnych nożyczek rozpoznających i dokonujących cięć jedynie w obszarach DNA o specyficznej sekwencji zasad (por. Ryc. 125). Każdy enzym restrykcyjny rozpoznaje tylko jeden rodzaj obszarów o stałej długości i sekwencji zasad (zwykle ich długość wynosi od 4 do 8 par nukleotydów). Z naszego punktu widzenia najlepsze są enzymy restrykcyjne rozpoznające dłuższe odcinki, ponieważ ilość tych ostatnich w genomach jest zdecydowanie mniejsza (zastanów się, jakie ma to znaczenie?). Ciekawą cechą większości obszarów restrykcyjnych jest ich palindromowy charakter (w lingwistyce palindrom oznacza wyraz albo zdanie, które czyta się jednakowo w sposób zwykły i wspak. np.

219