Organizmy transgeniczne

Organizmy transgeniczne
Czym jest organizm transgeniczny (GMO)
Budowa DNA
Pozyskiwanie DNA z komórek
Metody tworzenia organizmów transgenicznych
Przykłady organizmów transgenicznych
Uprawa roślin i hodowla zwierząt transgenicznych
Argumenty za i przeciw tworzeniu (GMO)
Co to jest organizm transgeniczny?
W Ustawie o GMO zapisana jest definicja:
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.
Budowa DNA
DNA składa się z:
Zasad azotowych:
• Adeniny (A)
• Guaniny (G)
• Cytozyny (C)
• Tyminy
(T)
Cukru:
• dezoksyrybozy (D)
Reszty kwasu fosforowego (P)
Komplementarne dobieranie zasad
T
Tymina
A
Adenina
Cytozyna
Guanina
Podwójne wiązanie wodorowe A=T
Deoksyryboza cukier
Reszta
kwasu
fosforowego
Potrójne wiązanie wodorowe C G
Podwójna helisa DNA
Pozyskiwanie DNA z komórek
Izolacja i oczyszczenie DNA
tkanka mięśniowa- gładka
rozdrobnienie tkanki
Dodanie:
1. Detergentu,
2. Proteaz
3. Enatolu
Cięcie enzymami restrykcyjnymi
Enzymy restrykcyjne
• Przecinają DNA w określonych miejscach
• Pozyskiwane są z bakterii
• Istnieje bardzo wiele enzymów, z których
każdy tnie DNA w określonym miejscu
Rozdzielenie fragmentów DNA
(elektroforeza)
Elektroforeza umożliwia rozdział fragmentów DNA w zależności od wielkości.
W elektroforezie żelowej ujemnie naładowane cząsteczki DNA
wędrują na żelu z agarozy (agaroza to substancja uzyskiwana z krasnorostów,
podobna do agaru).
Prędkość tej wędrówki zależy od wielkości fragmentów DNA
Elektroforeza w żelu agarozowym produktów reakcji PCR DNA pewnej bakterii
Denaturacja DNA
(termiczny rozkład helisy na pojedyncze nici)
• Dwie nici DNA ulegają wyraźnemu rozdzieleniu
Transfer nici z żelu na podłoże nitrocelulozowe
Hybrydyzacja
• Łączenie się nici DNA starej i nowej
• Nowa nić jest sondą, która pomoże w wykryciu
określonych sekwencji DNA
Analiza danych
Metody tworzenia GMO
Aby otrzymany organizm był transgeniczny, należy do niego wprowadzić kawałek
DNA, który pochodzi od obcego organizmu. Może on zostać wycięty z większego fragmentu
DNA, przy użyciu enzymów restrykcyjnych.
Tak przygotowany materiał jest wprowadzany do genomu zwierzęcia bądź
rośliny. Samo wprowadzenie materiału genetycznego nie jest łatwe, a technika zależy
od tego czy modyfikowany jest organizm zwierzęcy czy roślinny.
Metody bez wykorzystania wektora
Są to metody polegające na bezpośrednim wprowadzeniu DNA do komórek
roślinnych. Pozwalają one na transformowanie dowolnych roślin. Nim fragment
będzie mógł być wprowadzony do komórki gospodarza, ta musi być pozbawiona
ściany komórkowej (oprócz mikrowstrzelowania). By to osiągnąć można poddać ją
działaniu enzymów degradujących.
Otrzymuje się w ten sposób tzw. protoplast, którego błona komórkowa stanowi
koleją barierę dla transgenu, wprowadzanego do komórek z wykorzystaniem jednej
z metod, ogólnie podzielonych na fizyczne i chemiczne.
Elektroporacja
Polega na wykorzystaniu serii impulsów elektrycznych, które naruszają strukturę błony,
powodując powstanie w niej porów, przez które DNA może przeniknąć do wnętrza komórki.
Podejście to może być stosowane też przy wprowadzaniu genów do innych komórek
- zwierzęcych,
- bakteryjnych.
Mikrowstrzeliwanie
Metoda fizyczna - wykorzystuje mikroskopijne kulki z złota
lub wolframu o średnicy 0,5 - 5 mikrometra (0,0000005-0,000005 metra).
Fragmenty DNA które pragnie się wprowadzić do komórek są opłaszczane na tych
kulkach,
a następnie wstrzeliwane do komórek roślinnych.
Używana jest do tego tzw. "armatka genowa" (ang. particle gun).
Wadą metody jest niska wydajność oraz mogące wystąpić uszkodzenia komórek.
Zaletą jest to iż komórki nie muszą być pozbawiane ściany komórkowej, można
wprowadzać
do np. do fragmentu liścia, jak i DNA może zostać wprowadzona także do chloroplastów
i mitochondriów.
Z użyciem PEG
Metoda chemiczna - polega na wykorzystaniu glikolu polietylenowego
(PEG od ang. polyethylene glycol), który powoduje zwiększenie
przepuszczalności błony komórkowej, poprzez prowadzenie
do jej chwilowej, odwracalnej dezorganizacji.
To pozwala na wnikniecie transgenu do komórek, wraz z DNA nośnikowym.
- Fuzja liposomów - tworzone są liposomy, wewnątrz których są
cząsteczki DNA. Tworzy się je poprzez utworzenie podwójnej błony
lipidowej na roztworze z
cząsteczkami DNA i wstrząsanie nie – powstają wtedy "kuleczki“
błonowe z DNA w środku. Liposomy łączą się z protoplastami
komórek wprowadzając do środka DNA.
- Mikroiniekcja - polega na wprowadzeniu
DNA za pomocą igły mikromanipulatora,
doświadczenie.
Metoda pracochłonna czasochłonna.
Przykłady transgenicznych zwierząt
Zwierzęta transgeniczne, GMO - przykłady modyfikacji
1. Modyfikacje mające na celu wytwarzanie w organizmie zwierząt genetycznie zmienionych
białek wykorzystywanych jako leki, czyli wykorzystywanie ich jako bioreaktorów.
Modyfikowane w tym celu są głównie krowy, kozy, owce, gdyż pożądane białka wytwarzane
są w gruczołach mlecznych i wydzielane z mlekiem. Produkowana jest antytrombina - ludzki
enzym - czynnik krzepliwości
krwi, pozwala na kontrolę powstawania zakrzepów,
produkcja antytrypsyny - stosowanej w leczeniu rozedmy płuc, erytropoetyny - leczenie
anemii.
2. Uzyskanie szybszego wzrostu zwierząt hodowlanych.
•Modyfikacje polegające na wprowadzeniu genów produkujących hormon wzrostu.
W ten sposób modyfikowane były głównie ryby: karpie, łososie, ale także na zwierzętach
gospodarskich, świniach, królikach, owcach.
3.Modyfikowane świnie jako dawcy narządów
•Narządy ze świni z racji dużego podobieństwa anatomicznego i fizjologicznego do ludzkich są
od dawna brane za potencjalnie możliwe do przeszczepień dla człowieka.
Polska transgeniczna świnia ma wbudowany gen, który może znieść immunologiczną barierę
międzygatunkową pomiędzy świnią i człowiekiem. Bariera immunologiczna jest jedną z
największych barier uniemożliwiających wykorzystanie genetycznie modyfikowanych świń do
pozyskiwania organów do transplantacji u człowieka. Inną przeszkodą jest ryzyko transfekcji
wirusami świni, czyli przeniesienia do organizmu człowieka wirusów naturalne występujących u
tych zwierząt
4. Krowy dające więcej mleka, oraz mleko specjalnie przystosowane do
produkcji serów.
Krowom wprowadzono dodatkowe kopie genów kodujących proteiny: beta- i
kappa- kazeinę. Kazeina jest składnikiem twarogów i białych serów. Modyfikacje
powoduje to, iż z mleka łatwiej jest uzyskać ser - można go uzyskać więcej z tej
samej objętości mleka oraz szybciej.
5. Odporność na choroby.
Podobnie jak w przypadku modyfikacji roślin, modyfikacje warunkujące oporność
na niektóre choroby.
6. Inne modyfikacje:
- modyfikacje do celów naukowych zwierząt laboratoryjnych - myszy, szczurów,
- owce wytwarzające wełnę toksyczną dla moli i nie kurczącą się w praniu,
- transgeniczne koty dla alergików - ich sierść nie powoduje alergii,
- transgeniczne rybki akwariowe z genami z meduzy, dzięki którym fluoryzują w
ciemności (rybki są bezpłodne –nie mogą się krzyżować w przypadku wydostania
się do środowiska).
Przykłady zwierząt transgenicznych
• Króliki wykorzystywane są m. in. do produkcji:
hormonów wzrostu, białka C,itp.
• Owce- głównie do zwiększonej
produkcji wełny
• Świnie- do produkcji organów
• Ogółem bydło- do produkcji mleka.
Przykłady transgenicznych roślin
Rośliny transgeniczne
Modyfikowane genetycznie rośliny mają głównie na celu znaczenie gospodarcze,
zmiana genomu nadaje im pożądane przez człowieka cech, tj. większa trwałość,
odporność na szkodniki, wirusy i grzyby,itp. Modyfikuje się także rośliny ozdobne,
które dzięki temu są trwalsze, mają intensywniejszy kolor.
Modyfikacje roślin - typy
1. Odporność na herbicydy - chemiczne środki ochrony roślin, środki chwastobójcze.
Są to najpowszechniejsze modyfikacje roślin. Nadanie odporność rośliny, bez obawy o
zniszczenie uprawianej rośliny. Modyfikowana roślina posiadają albo nowe, albo
dodatkowe kopie obecnego już w niej genu, który odpowiedzialny jest za wytwarzanie
enzymów rozkładających herbicydy. Roślina mogąca rozkładać herbicydy staje się na nie
odporna.
Modyfikacja ta jest jedną z najczęściej stosowanych, tak zmodyfikowano już bardzo wiele
roślin: soję (najczęściej uprawiana roślina transgeniczna), kukurydzę, rzepak, tytoń,
pomidory.
2. Odporność na choroby powodowane przez grzyby, wirusy, bakterie.
Odporność na choroby grzybowe i bakteryjne uzyskuje się poprzez
wprowadzenie transgenu kodującego enzymy - hitynaza, glukanaza, które
niszczą ich ścianę komórkową. Inny transformowany gen, koduje
osmotynę - białko wiążące się z błoną komórkową powodując jej
zniszczenie.
Odporność na wirusy uzyskuje się poprzez wprowadzenie do rośliny
genów białek płaszcza (kapsydu) danego wirusa, a także jego enzymów:
replikazy, proteazy - pojawienie się tych białek powoduje to, iż późniejsza
infekcja tym wirusem jest znacznie słabsza lub skutki choroby pojawiają
się z dużym opóźnieniem.
Przykładem może być tytoń odporny na wirusa mozaiki tytoniowej (TMV).
3. Odporność na owady - szkodniki.
Gen odpowiedzialny za odporność to gen Bt - uzyskuje się z bakterii glebowej
Bacillus thuringensis. Gen ten koduje specyficzne białko - Cry - które jest
toksyczne dla owadów. Szkodnik po zjedzeniu komórek rośliny umiera. Białko
uzyskuje swoją toksyczność tylko wewnątrz przewodu pokarmowego określonych
gatunków szkodników, nie jest toksyczne dla innych organizmów - np. człowieka.
Pierwsza uprawianą rośliną Bt był ziemniak odporny na stonkę, inne to bawełna,
kapusta, pomidory, oraz przede wszystkim kukurydza - kukurydza Bt (MON 810).
4. Odporność na niekorzystne warunki środowiska
Czyli na mróz, wysoką temperaturę, suszę, i zasolenie gleby, nadmiar
promieniowania - umożliwia uprawę rośliny na terenach dotychczas niekorzystnych
dla nich. Także uzyskuje się rośliny odporne na zanieczyszczenia środowiska,
głównie szkodliwe metale w glebie. Tworzy się także rośliny zdolne do akumulacji
metali ciężkich - dzięki temu pobierając je z gleby oczyszczają środowisko, np.
gorczyca.
5. Poprawa cech jakościowych oraz użytkowych roślin.
• Są to m.in. modyfikacje powodujące opóźnienie dojrzewania, zwiększenie trwałości.
Modyfikacja taka uniemożliwiała powstanie enzymów rozkładających ścianę
komórkową, przez co warzywa i owoce dłużej pozostają świeże, co ma duże znaczenie
głównie w transporcie. Pomidor z tą modyfikacją był pierwszym GMO wprowadzonym
do sprzedaży.
• Zwiększenie zawartości suchej masy poprzez wzrost syntezy skrobi- stworzenie
transgenicznego ryżu (z genami żonkila), który charakteryzuje się zwiększoną
produkcją beta-karotenu, prekursora witaminy A –co poprawia to cechy mąki
uzyskiwanej z ziaren pszenicy.
• Modyfikacje roślin ozdobnych, które dzięki temu mają intensywniejszą barwę
(nadprodukcja karotenoidów), zmiana tekstury zabarwienia - nowe kolory, lepszy
zapach.
Polskim akcentem jest modyfikowana sałata produkująca szczepionkę na zapalenie
wątroby typu B.
„Złoty ryż”
Transgeniczna polska sałata
Rośliny transgeniczne (modyfikowane genetycznie) - przykłady:
• Kukurydza
- odporność na owady
- wytwarzanie substancji używanych do wyrobu leków lub szczepionek,
• Ziemniaki
- wzrost zawartości skrobi,
- odporność na herbicydy, stonkę ziemniaczaną, wirusy,
- "słodkie ziemniaki" - wprowadzenie genu odpowiedzialnego za wytwarzanie słodkiego
białka - taumatyny,
- odporność na ciemnienie pouderzeniowe - większa trwałość,
- mała zawartość glikoalkaloidów - substancji szkodliwych na człowieka, występujących
w surowych ziemniakach.
• Pomidory
- spowolnienie dojrzewania, większa trwałość
- większa zawartość suchej masy,
- poprawa smaku,
- intensywniejsza barwa, cieńsza skórka.
• Truskawki
- wyższa słodkość owoców,
- spowolnienie dojrzewania,
- odporność na mróz.
• Soja
- odporność na środki ochrony roślin - hrebicydy,
- odporność na wirusy, herbicydy, szkodniki,
- obniżona zawartość kwasu palmitynowego.
Rzepak
- odporność na herbicydy,
- zmniejszona zawartość nienasyconych kwasów
tłuszczowych,
- większa zawartość kwasu lauronowego.
Buraki cukrowe
- odporność na herbicydy i szkodniki,
- dłuższy okres przechowywania bez strat
w zawartości cukru.
Ryż
- zwiększona produkcja beta-karotenu,
prekursora witaminy A - wszczepione został
geny pochodzące z żonkila, modyfikacja w
zamierzeniu miała rozwiązać problem
braku witaminy A u dzieci w Azji
Wschodniej.
Bawełna
- odporność na herbicydy i szkodniki.
Dynia
- odporność na grzyby.
Pszenica
- zwiększenie zawartości glutenu- lepsza mąka.
Sałata
- produkująca szczepionkę na zapalenie wątroby
typu B - można się szczepić jedząc sałatę
Winogrona
- odmiany bezpestkowe.
Kapusta
- odporność na szkodniki, mniejsze
wymiary główek.
Banany
- odporność na wirusy i grzyby - zakażają się poprzez
uszkodzenia w transporcie.
Seler
- zwiększona kruchliwość
Argumenty za i przeciw modyfikowaniu
organizmów
• Zwolennicy podkreślają korzyści, takie jak możliwość produkcji żywności o ulepszonych
cechach żywieniowych i odżywczych, redukcji zużycia lub nawet eliminowanie chemicznych
środków ochrony roślin, pestycydów, insektycydów, herbicydów, nawozów sztucznych, przy
jednoczesnym zwiększeniu zbiorów, znacznym obniżeniu kosztów produkcji, potanieniu
zabiegów agrotechnicznych. Inżynieria genetyczna, redukując środki chemiczne, wbrew
pozorom sprzyja ochronie środowiska naturalnego. Żywność taka jest bezpieczna, bo przed
dopuszczeniem do obrotu handlowego została dokładniej przebadana niż tradycyjna
• Przeciwnicy wzywają do większej ostrożności, bo nie wszystkie wątpliwości dotyczące
GMO i żywności transgenicznej zostały naukowo wyjaśnione. Sama obecność GMO lub
ich produktów może wywoływać określone skutki bezpośrednie, np. żywieniowe,
toksykologiczne, alergiczne, oporność na antybiotyki, środowiskowe lub wpływać w
sposób pośredni na człowieka i środowisko naturalne. Te wszystkie czynniki powinny być
szczególnie dokładnie i długo sprawdzane. Wymaga to przede wszystkim czasu, bo
ewentualne nieprzewidywalne dzisiaj następstwa mogą ujawnić się dopiero w przyszłości.
Przy ocenie bezpieczeństwa należy uwzględniać nie tylko wyniki prezentowane przez
firmy ubiegające się o uzyskanie stosownego zezwolenia, ale przede wszystkim bazować
na obiektywnych opiniach niezależnych, wyspecjalizowanych jednostek naukowych i
badawczych, dysponujących metodami badawczymi i nowoczesnym sprzętem.
Podnoszona jest także groźba zanieczyszczenia upraw tradycyjnych przez uprawy
genetycznie modyfikowane
Kontynuacja czy rewolucja?
Wprowadzanie do produkcji odmian transgenicznych, podobnie jak wprowadzanie
wszelkich innych technologii w rolnictwie, wiąże się z pewnymi zagrożeniami, z których
niektóre można przewidzieć, inne nie. Od zarania rolnictwa ludzie modyfikowali uprawiane
rośliny poprzez selekcję potomstwa, polegającą na wyborze osobników o cechach
odpowiadających rolnikom. W ten sposób w zamierzchłych czasach powstała pszenica, w
której skład wchodzą trzy różne gatunki traw.
Transgeneza różni się tym, że tylko jeden lub dwa zidentyfikowane, specyficzne geny są
dodane do dziesiątków tysięcy genów danej komórki. Istotna nowość metody transgenezy
polega na tym, że geny z uniwersalnego dla wszystkich żywych organizmów DNA, mogą
być wprowadzane nie tylko do krzyżujących się spokrewnionych gatunków, ale do
dowolnego organizmu np. z bakterii do rośliny lub odwrotnie. Ten aspekt transgenezy jest
istotną nowością w trwającym od początków rewolucji rolniczej procesie modyfikowania
roślin uprawnych. Wynikające z tego konsekwencje i ewentualne zagrożenia są
przedmiotem analizy i oceny we wszystkich systemach bezpieczeństwa biologicznego
regulujących użytkowanie GMO w gospodarce.
Analiza zagrożeń
1. Działalność rolnicza w świadomy sposób ogranicza bioróżnorodność;
jest ona eliminowana w celu uzyskania produktywności upraw. W miarę jak rolnictwo
zwiększa produktywność, staje się działalnością w coraz większym stopniu
zunifikowaną i prowadzoną na coraz większą skalę.
2. Transgeneza nie wiąże się z innym rodzajem ryzyka niż to związane z
tradycyjnymi metodami tworzenia zmienności genetycznej (oddalone krzyżowanie,
mutageneza).
3. Teoretycznie nie ma zasadniczej różnicy pod względem potencjalnych
zagrożeń dla środowiska między odmianami transgenicznymi a introdukcją nowych
gatunków z odmiennych ekosystemów. Jednak w przypadku roślin transgenicznych,
ich znaczny stopień udomowienia i tym samym ograniczone możliwości utrzymania
się w środowisku, znacznie zmniejszają ryzyko tych zagrożeń w porównaniu z tzw.
gatunkami inwazyjnymi.
4. Procedury stosowane w procesie uwalniania do środowiska roślinnych
GMO zakładające, że potencjalne zagrożenia są analogiczne jak w przypadku
gatunków inwazyjnych są nadmiernie restrykcyjne, ale ich stosowanie przy
wprowadzaniu tej nowej technologii wydaje się uzasadnione społecznie.
Prawny strażnik
Tak, jak nowością są GMO w rolnictwie, tak też nowe są regulacje i przepisy z tym związane. Ich
nadmierna restrykcyjność może opóźnić lub nawet uniemożliwić stosowanie niektórych GMO. Z
kolei zbyt duża liberalizacja w tym zakresie budzi obawy, że może dojść do niekorzystnych i
nieodwracalnych wydarzeń. Ostatnie przykłady “wściekłych krów”, czy skażonego chemicznie
zboża, jakkolwiek nie mają nic wspólnego z GMO, działają na wyobraźnię i poprzez media kształtują
atmosferę społecznego odbioru nowej technologii. Ważne jest, że powstało odpowiednie prawo,
zarówno w skali międzynarodowej, jak i poszczególnych krajów. Będzie ono zapewne krytykowane i
zmieniane, zgodnie z rozwojem biotechnologii i miejmy nadzieję – jej rosnącą akceptacją społeczną.
Może się okazać, że przebieg wydarzeń będzie podobny do tego, jaki towarzyszył rozwojowi
motoryzacji; w jej początkach w Anglii przepisy wymagały, aby przed jadącym samochodem biegł
chłopak z chorągiewką i gwizdkiem sygnalizując niebezpieczeństwo. Dziś mamy olbrzymi ruch
samochodowy i mamy również przepisy kodeksu drogowego, jednak takiego zapisu już nie ma.
Miejmy nadzieję, że przepisy regulujące wykorzystywanie inżynierii genetycznej w gospodarce będą
ewoluowały w takim samym kierunku.
W projekcie brali udział uczniowie klasy
IIC i IIIH
Opracował: Michał Kozak klasa IIG
Poprawiła: mgr Ilona Marciniak