Co to jest inżynieria genetyczna?

Inżynieria genetyczna
Prezentacja
Macieja Sobolewskiego
Gen- podstawowa jednostka dziedziczności, która
determinuje powstanie jednego polipeptydu lub kwasów
rRNA lub tRNA.
Genom – materiał genetyczny zawarty w podstawowym
zespole chromosomów.
Transgen - gen lub materiał genetyczny przeniesiony z
komórek jednego organizmu do innego (także z
wirusów) metodami inżynierii genetycznej.
Co to jest inżynieria
genetyczna?
…jest nową dziedziną nauki bazującą na genetyce i
biologii molekularnej.
Zajmuje się ona wykorzystaniem praktycznym
genetyki np. w celu wynalezienia szczepionek
genetycznych, nowych środków ochrony roślin czy
tworzeniu genetycznie modyfikowanych roślin i
zwierząt. Jest to dziedzina bardzo dynamicznie
rozwijająca się, będąca najprawdopodobniej w
przyszłości podstawową dziedziną badawczą,
ponieważ daje praktycznie nieograniczone
możliwości manipulowania dowolnym aspektem
elementów ożywionych i nieożywionych.
Inżynieria genetyczna jest dziedziną
biotechnologii
Biotechnologia to wszelkie manipulacje żywymi
organizmami mające na celu osiągnięcie określonych
korzyści.
Pozytywne strony inżynierii
genetycznej:
U człowieka istnieje kilka tysięcy zaburzeń, zwanych chorobami
genetycznymi, wynikającymi ze zmian w ludzkich genach. Zmiany te
nazywamy mutacjami - powodują one brak produkcji danego białka lub
produkcję białka defektywnego. Większość tych chorób można leczyć tylko
objawowo, bo nie jest możliwe usunięcie pierwotnego defektu. Dla pewnej
grupy chorób (hemofilia, zaburzenia związane z brakiem hormonu wzrostu,
rozedma wynikająca z braku alfa- i antytrypsyny) jedynym sposobem
leczenia jest podawanie białka identycznego z obecnym w ludzkim
organizmie. Jest ewidentne, że pozyskiwanie takich produktów jest wielkim
problemem. Niektóre z nich (właśnie czynniki krzepliwości krwi) uzyskiwano
dawniej z krwi ochotników - obecnie raczej się unika krwi jako materiału
wyjściowego do preparatyki białek ze względu na zaistniałe przypadki
zakażenia hemofilityków przyjmujących te produkty wirusem powodującym
AIDS. Hormon wzrostu można było tylko izolować z ludzkich mózgów, co
było poważnym problemem. Co więcej, ta metoda izolacji była
odpowiedzialna za zakażenie szeregu osób pobierających hormon wzrostu
zakaźnymi cząsteczkami obecnymi w tkance…
Cz.2
…inne białko np. stosowana w leczeniu bardzo częstej
choroby - cukrzycy - insulina - mogło być izolowane ze zwierząt
(trzustki bydlęce albo świńskie), ale nieznacznie różniło się od białka
ludzkiego, co mogło dawać niepożądane efekty. Inżynieria genetyczna
rozwiązała te problemy przez umożliwienie klonowania genów
kodujących pożądane białka. Są obecnie na świecie bakterie
produkujące insulinę, produkujące czynniki krzepliwości krwi i hormon
wzrostu, które można otrzymywać stosunkowo łatwo i w dużych
ilościach, i które nie są zanieczyszczone czynnikami powodującymi
ludzkie choroby. Istnieje też owca, w której mleku jest produkowana
antytrypsyna (czynnik krzepliwości krwi).
Negatywne strony inżynierii
genetycznej:
Niebezpieczeństwo stanowi fakt, że w takich
eksperymentach dochodzi do zmieszania genów
całkowicie niespokrewnionych gatunków - geny zwierząt
trafiają do roślin, geny bakterii - do zbóż a geny ludzkie –
do zwierząt. Przemysł genetyczny nie okazuje
respektu dla granic wyznaczonych przez naturę – granic
ustanowionych dla ochrony charakterystycznej
unikalności poszczególnych gatunków. W rezultacie
przemysł przejmuje kontrolę na procesem ewolucji…
Cz.2
…ponieważ coraz więcej genów udaje się wyizolować z ich
naturalnych źródeł – „dawców” - naukowcy są w stanie kontrolować coraz to
nowe aspekty życia. Mogą budować własne zwierzęta, drzewa, zboża...
Ten zakres kontroli to jednak za mało dla przemysłu genetycznego.
Następnym krokiem jest podejmowanie wysiłków dla
opatentowania genów, których przemysł genetyczny używa do produkcji
nowych organizmów. Poprzez podejmowanie prób zdobycia prawa
własności do genów, przemysł stopniowo przejmuje kontrolę nad samym
życiem. W ten sposób wszystkie istoty żywe mogą stać się jedynie
produktami tworzącymi zyski a wielonarodowe korporacje - wiele z nich to
chemiczne giganty - będą rządzić podstawami istnienia
społeczeństwa - rolnictwem, produkcją oraz składem żywności, którą
konsumujemy.
Co to jest GMO?
organizmy zmodyfikowane genetycznie to rośliny,
zwierzęta i drobnoustroje, których geny zostały celowo
zmienione przez człowieka. Rekombinacja DNA i inne
pokrewne techniki pozwalają tworzyć organizmy o
odmiennych właściwościach niż macierzy gatunek.
GMO- genetycznie zmodyfikowane
organizmy - bakterie
Bakterie GMO wykorzystuje się do produkcji:
- ludzkiej insuliny
- ludzkiego hormonu wzrostu,
- czynników krzepnięcia krwi,
- antygenów wirusowych wykorzystywanych w
szczepionkach,
GMO- genetycznie zmodyfikowane
organizmy - rośliny
- większe plony,
- odporność na czynniki pogodowe,
- odporność na działanie szkodników
(np. grzyby chorobotwórcze),
- polepszenie właściwości organoleptycznych np.
bezpestkowe owoce, ładniejszy kolor,
Rośliny GMO są gorszej jakości
PCR - (ang. polymerase chain reaction) łańcuchowa reakcja
polimerazy to reakcja służąca do amplifikacji (namnożenia)
wybranego fragmentu DNA in vitro.
RFLP- jest kluczowym narzędziem w rozpoznawaniu DNA,
określaniu obecności różnych alleli u osobników.
Mapowanie polimorficznych długości fragmentów
restrykcyjnych jest także używane w hodowli roślin po to,
by wykazać czy cecha taka jak np. odporność na choroby,
została odziedziczona.
Klonowanie Zwierząt
Eugenika
Pojęcie wprowadzone w 1883 roku przez
Francisa Galtona, które dotyczyło selektywnego
rozmnażania zwierząt lub ludzi, aby ulepszać
gatunki z pokolenia na pokolenie, szczególnie jeśli
chodzi o cechy dziedziczone. W ciągu następnych
lat Galton poprawił swoją definicję, aby uwzględnić
specyfikę eugeniki pozytywnej, zachęcającej do
częstszego reprodukowania się najlepszych
osobników, oraz eugeniki negatywnej, zniechęcającej
do reprodukcji osobniki mniej wartościowe.
Klonowanie jest techniką otrzymywania nowych
organizmów z pominięciem procesu zapłodnienia.
Klonowanie ma na celu otrzymanie osobnika
identycznego pod względem genetycznym do osobnika
rodzicielskiego. Klonowanie możliwe jest dzięki
ogromnemu rozwojowi genetyki, która jest nauką
stosunkowo młodą, ponieważ zaczęła rozwijać się dopiero
w XX wieku. Na ten wiek przypadły właśnie największe
odkrycie dotyczące tej dziedziny nauki. Odkrycia te
dotyczą tak podstawowych rzeczy jak poznanie struktury
DNA jak również skomplikowanych technik
sekwencjonowania genomu organizmów , czy ich
klonowania.
Klonowanie jest to manipulacja, mająca na celu otrzymanie
genetycznej kopii pierwowzoru, którym może być fragment DNA,
komórka lub cały organizm. Termin ten pochodzi od greckiego słowa
klon, które przetłumaczyć można jako gałązka. Wyróżnia się 4
podstawowe znaczenia terminu klonowanie w zależności od
materiału, który chce się skopiować (sklonować):
1. otrzymywanie kopii fragmentów DNA,
2. reprodukcja linii komórkowych, będących zespołem kopii
komórki wyjściowej,
3. reprodukcja embrionów poprzez wzbudzony podział bliźniaczy.
Podziału tego dokonuje się, gdy komórki embrionów zachowują
jeszcze cechę tzw. totipotencjalności
(zdolność rozwinięcia się w kompletny dorosły organizm),
4. reprodukcja osobników genetycznie identycznych poprzez
transfer jądra komórki somatycznej (klon jest kopią organizmu, z
którego pobrano jądro komórki somatycznej).
Najpopularniejszym ze sklonowanych zwierząt jest ssak
Owca Dolly
Ponieważ wiek materiału genetycznego
sklonowanego organizmu jest identyczny z
wiekiem dawcy. Tym samym Dolly miała
biologicznie 6 lat w chwili urodzenia, tyle
ile miała owca-dawczyni. Prawidłowość ta
powoduje między innymi, że klon nie jest
pozbawiony wad genetycznych wieku
starczego dawcy i ma mniejszą odporność
na choroby.
Dolly urodziła się 5 lipca 1996 r.
(o istnieniu poinformowano świat dopiero
w 1997) jako wynik eksperymentu
Owca Dolly została uśpiona ze względu na naukowców Roślin Institute w Edynburgu.
nieuleczalna chorobę płuc po 6 latach 14
Wraz z nią urodziło się także 254 innych
lutego 2003 roku (owce żyją średnio 11-12 sklonowanych organizmów, jednak
lat). Wcześniej cierpiała także na
większość obciążona była mutacjami i
zwyrodnieniową chorobę stawów. Wydała na błędami genetycznymi, pozostałe były
świat 6 zdrowych jagniąt. Po śmierci została zniekształcone - wszystkie zostały
wypchana i zaprezentowana publiczności w uśmiercone.
edynburskim muzeum 11 kwietnia 2003.
Terapie Genowe
Terapia genowa - to leczenie polegające na
wprowadzeniu obcych kwasów nukleinowych (DNA
lub RNA) do komórek. Charakter lub informacja
genetyczna zawarte we wprowadzonym DNA lub
RNA powinny wywierać efekt terapeutyczny.
Mechanizmy działania wprowadzonych kwasów
nukleinowych mogą być następujące…:
Zmuszenie komórki do produkcji białka kodowanego
przez wprowadzony gen:



produkcja białek potrzebnych, których w organizmie brakuje lub
występują w niedomiarze (np. w defektach metabolicznych, takich jak
hemofilia);
produkcja białek prowadzących do śmierci komórki
potencjalne zastosowanie do terapii przeciwnowotworowych
(patrz: nowotwór).
Hamowanie lub modulację ekspresji genów przez
wprowadzenie:



dominujących alleli genów kodujących nieaktywne lub defektywne
białko;
antysensowych kwasów nukleinowych wchodzących w interakcję z
mRNA
rybozymów (lub DNAzymów) chemicznie modyfikujących materiał
genetyczny.
Zastosowanie terapii genowej cz.1
Pewne sukcesy odnotowano jak dotąd w leczeniu dzieci
cierpiących na X- i ADA-SCID. Pierwszą pacjentką była czteroletnia
Ashanthi DeSilva, chora na ADA-SCID, u której w 1990 rozpoczęto
terapię genową przez izolację limfocytów dziecka, wprowadzanie do
nich zdrowej kopii uszkodzonego genu, i ponowne wprowadzenie
limfocytów do organizmu dziewczynki. W 2000r część prób
klinicznych z udziałem chorych na X-SCID została przerwana, kiedy
u dwóch spośród 10 pacjentów rozwinęła się białaczka związana
zapewne z uaktywnieniem się onkogenu po wprowadzeniu
retrowirusa do genomu. Obecnie nadal prowadzone są badania
nad terapią genową ADA-SCID.
Zastosowanie terapii genowej cz.2
W sierpniu 2006r na łamach pisma Science dr Steven A.
Rosenberg z amerykańskiego Narodowego Instytutu Raka,
poinformował o 2 przypadkach czerniaka złośliwego, które ustąpiły w
100% pod wpływem terapii genowej, która polegała w tym przypadku
na izolacji limfocytów T od chorych, ich namnożeniu, oraz
wprowadzeniu do nich poprzez retrowirus genu umożliwiającego
rozpoznanie komórek nowotworowych. Następnie po 6-9 dniach w ten
sposób modyfikowane limfocyty T były podawane chorym. Pełen efekt
leczniczy uzyskano jednak tylko u 2 z 17 pacjentów poddanych temu
typowi leczenia
KONIEC