ca. 870 p.n.e. Asyria: sztuczne zapylanie palm daktylowych

Biotechnologia i etyka
ca. 870 p.n.e. Asyria: sztuczne zapylanie palm daktylowych
Odmiany wyprowadzone z roślin poddanych mutagenezie
Roślina
Odmiana
Mutageneza
ryż
Calrose76
Prom. gamma
pszenica
Above
Lewis
Azydek sodu
Neutrony
owies
Alamo X
Prom. X
grejpfrut
Star Ruby
Neutrony
sałata
Ice Cube
Etylometanosulfonian
(EMS)
fasola
Seaway
Prom. X
Założenie projektów GMO
RNA
DNA
BIAŁKO
CECHA
Konstrukcja transgenu
Choroba guzowatości łodyg i korzeni (Crown gall disease) - jerzyna
Agrobacterium tumefaciens
Selekcja transformowanych roślin na pożywce z
antybiotykiem
Dwa najpowszechniej używane systemy
modyfikacji genetycznych GMO
Toksyny z Bacillus thuringiensis
Bacillus thuringiensis (Bt) jest Gram-dodatnią bakterią
syntetyzującą kryształy zawierające białka Cry i Cyt, z
których niektóre są toksyczne dla przedstawicieli
licznych rzędów owadów, nicieni oraz ludzkich
komórek nowotworowych. Używa się tych toksyn z
powodzeniem jako bioinsekcytydów przeciwko
gąsienicom, chrząszczom, muchom i komarom
Toksyna Bt
Modele toksyny Bt ukazujące różnice (zaznaczone kolorem) w
rejonach wiążących receptory w jelicie owadów, uniemożliwiające
krzyżową odporność na dwie różne toksyny. Cry1Aa jest po lewej
Cry2Aa po prawej.
Jak działa na owady toksyna Bt
Szczegółowy schemat działania toksyny Bt
Herbicydy – „Roundup”
N-(fosfometylo) glicyna, lepiej
znana jako „glifosat”
(„glyphosate)”, składnik aktywny
herbicydu Roundup® . Glifosat
jest silnym inhibitorem jednego
z kluczowych enzymów szlaku
biosyntezy aminokwasów
aromatycznych: tryptofanu,
fenyloalaniny i tyrozyny.
Herbicyd blokuje aktywność synatazy 3
fosforanu 5-enolopirogronoszikimianu
(EPSP), enzymu katalizującego jeden z
etapów prowadzących do chorizmianu,
prekursora wszystkich trzech aminokwasów
aromatycznych.
Glifosat związany z miejscem aktywnym
EPSP blokuje jej funkcję enzymatyczną
Rośliny muszą
syntetyzować wszystkie 20
aminokwasów, a więc
blokada chorizmianu
prowadzi do ich śmierci..
Rośliny Roundup Ready®
Uodporniająca na glifosat mutacja
(Roundup Ready®) w synatazie C4
EPSP polega na zamianie glicyny na
alaninę w pozycji 100 łańcucha
polipetydowego. Dodatkowa grupa
metylowa alaniny uniemożliwia
prawidłowe wiązanie glifiosatu do
EPSP, ale nie wpływa na normalną
.
aktywność
enzymu.
Wstępna hodowla roślin transgenicznych w komorach
fitotronowych
Chemiczna osłona roślin uprawnych
Soja nietransgeniczna, zanieczyszczenie upraw chwastami
Soja GMO RoundupReady po traktowaniu herbicydem Roundup
Główny szkodnik kukurydzy Ostrinia nubialis
Główny szkodnik bawełny
Kukurydza z genem Bt (po lewej) i niemodyfikowana (po
prawej) po ataku Ostrinii
Efekt działania szkodników owadzich na bawełnę BT (po
prawej) i niemodyfikowaną (po lewej)
Kukurydza: Gąsienica owada atakującego korzenie
Zakres uszkodzeń kukurydzy korzeni przez
gąsienice
Najważniejsze w światowym rolnictwie
rośliny GMO
LUCERNA (alfalafa)
Since 2011, the unrestricted
commercial cultivation. Alfalfa,
mainly grown to feed dairy cows
and horses, was developed in
genetically engineered form by
Monsanto and Forage Genetics,
an alfalfa seed company owned
by Land O’Lakes.
The plant was engineered to
resist contamination of the
herbicide Roundup (produced by
Monsanto) and is reportedly the
nation’s fourth largest crop by
acreage. Today only about one
percent of alfalfa is organic.
Soja (soy)
Used to feed many farmed
animal stocks and in food
additives, GMO soybeans
were first planted in 1996 and
were being massively
produced by 2007. Almost 95
percent of the soybeans
grown in the U.S. are
genetically modified. Besides
soy milk and other soy
products labeled as such,
soybeans are a major source
of lecithin (E322), commonly
used as an emulsifier in
chocolate, ice cream,
margarine, and baked goods
Rzepak (canola)
Roughly 90% of the U.S. canola
crops are modified, also to resist
the herbicide Roundup. Despite
the fact that the canola plant has
been modified, the consumerfriendly oil is considered the
equivalent of a non-contaminated
plant according to the Canola
Council of Canada.
Technically, the modification of
canola only affects one gene and
its protein, which is removed
during the processing for canola
oil.
Bawełna (cotton)
Roughly 90 percent of
American-grown cotton is
genetically modified. This
very common crop is also
used to create cottonseed
oil which is typically found
in foods like margarine and
for animal feed.
Kukurydza (corn)
Recent studies put the
proportion of GMO corn in
the U.S. at about 88
percent. Bt-corn (named
after the Bacillus
thuringiensis bacterium) is
sweet corn that has been
genetically modified to
include an insect-killing
gene. Considering that the
U.S is the largest corn
purveyor in the world, it
may be safe to assume
that there are few corn
crops left unmodified
across the globe.
Buraki cukrowe (sugar beets)
It was originally feared that
sugar beets grown from GM
seeds would be a risk to other
crops. In 2008, the Animal and
Plant Health Inspection Service
(APHIS), a division of the
USDA, performed a courtordered environmental review of
the modified seed and
determined that there was no
risk. Today, approximately 95
percent of the sugar beets
grown in the U.S. are modified.
Papaja (papaya)
It is Hawaiian papaya
seed that is genetically
modified, almost all of it.
The first crop of GMO
Hawaiian papaya was
commercially released in
1998. Biotechnology aims
to help protect against
papaya ringspot virus
(PRV).
Dynie i cukinia (Yellow Summer
Squash and Zucchini)
In 1995, the first variety
of genetically
engineered yellow
squash; resistant to
zucchini yellow mosaic
virus and watermelon
mottle virus 2, was
developed by the
Asgrow Seed Co.
Although it is an
approved crop, this
modified crop has barely
caught on. Nestle
believes that only 10% of
approved squash is
labeled as GMO.
Jedno ze źródeł genów dla „złotego ryżu”
Złoty ryż
Zawiera
prowitaminę
A
Article Preview
Rice with human genes to be grown in US
10 March 2007
Magazine issue 2594
•
•
•
•
It may sound unappealing, but rather than end up on dinner plates, the
rice will make human proteins useful for treating infant diarrhoea
IT SOUNDS unappealing, but rice containing human genes is to be
grown in the US. Rather than end up on dinner plates, the rice will make
human proteins useful for treating infant diarrhoea in the developing world.
On 28 February, the US Department of Agriculture (USDA) gave a
provisional go-ahead for three types of the rice to be planted over 1300
hectares in Kansas. Developed by Ventria Bioscience of Sacramento,
California, the rice varieties have been given genes that either make the
human breast milk proteins lactoferrin and lysozyme or the human blood
protein albumin.
Ventria plans to extract the albumin for industrial use in cell cultures, while
the milk proteins are destined for rehydration drinks used to treat infants
with diarrhoea. Trials on 140 children in Peru show the proteins give
children a better chance of overcoming the condition and help them recover
more than a day faster, compared ...
Nowe projekty
1.
2.
3.
4.
5.
Banany wytwarzające szczepionki dla ludzi (hepatitis
B, inne choroby)
Drzewa owocowe i orzechowe plonujące wiele lat
wcześniej niż obecnie.
Rośliny wytwarzające tworzywa sztuczne o nowych
właściwościach
Ryż ze zwiększona ilością żelaza i witamin
(niedożywienie w krajach 3. świata)
Rośliny oporne na niekorzystne warunki środowiska.
Zagrożenia i obawy, prawdziwe i nie prawdziwe
Indukcja reakcji alergicznych
Gen kodujący alergenne białko
Z orzecha brazylijskiego znalazł
się w soi GMO
Wpływ na populacje ptaków i owadów
Potencjalnie negatywny wpływ na środowisko: geny
mogą się znaleźć w nieoczekiwanych miejscach
• „Ucieczki genów” – problem horyzontalnego transferu genów
• Obawa o przemieszczenie się genów oporności na herbicydy do
chwastów
• Brak danych o skali zjawiska
• Problem realny
Wpływ na organizmy w glebie
Przenoszenie
Oporności na antybiotyki
Szkodliwe mutacje
• Czy transgeny mogą zdestabilizować organizm?
• Czy mogą mutować w niepożądanym kierunku?
Ewolucja linii owadów Bt opornych- strategia
zapobiegania
Efekty socjo-ekonomiczne: technologia terminatora
Induktor (tetracyklina)
nasiono
Sekwencja kodująca represor pod stale działającym (konstytutywnym) promotorem
Sekwencja kodująca rekombinazę pod konstytutywnym
promotorem regulowanym przez represor, który może być
zablokowany przez induktor - tetracyklinę.
Gen kodujący toksynę pod promotorem specyficznym
dla nasiona, ale zablokowany za pomocą fragmentu
DNA rozdzielającego promotor i sekwencję kodującą.
System powszechnej kontroli
Niebezpieczeństwo mieszania odmian GMO dla zwierząt i ludzi (np.kukurydza
Starlink)
Test na obecność białka Bt
Technologie w rolnictwie w XXI w.
Journal of Genetic Engineering and Biotechnology
Volume 9, Issue 2, December 2011, Pages 149–155
Production of transgenic tomato plants
expressing Cry 2Ab gene for the control of some
lepidopterous insects endemic in Egypt
•M.M. Sakera,
•H.S. Salamab, , ,
•M. Salamac,
•A. El-Bannac,
•N.M. Abdel Ghanyb
Figure 1 Hygromycin resistant shoots regenerated on selective media
(shoot induction medium fortified with 15 mg/l hygromycin. Age of
cultures is 16 weeks (E) and 20 weeks (F).
Figure 2 In vitro rooting (A) and acclimatization of transformed tomato
plants to ex vitro condition (B).
Figure 3 Histochemical GUS expression in transgenic tomato.
Figure 4 PCR screening of transgenic tomato plantlets using specific
primers for Cry 2Ab gene.
Figure 5 Insect bioassay of H. armigera (A) and P. operculella (B) on the
transgenic tomato plants. The bioassay was carried out for six instars of
H. armigera and for four instars ...
P. operculella
Larval
instars
% Mortality after feeding on different plant clones (mean ± SE)
1st day
2nd
day
3rd day 4th day 5th day 6th day 7th day
1st
41.70 ± 50.00 ± 8.30 ±
1.43
1.73
3.11
(30–54) (36–60) (2–24)
2nd
36.80 ± 43.60 ± 18.90 ± 0.90 ±
1.43
1.73
2.52
0.99
(30–50) (32–62) (8–34) (2–6)
–
Total
(%)
–
–
–
100
–
–
–
100
3rd
18.30 ± 31.40 ± 25.40 ± 14.60 ± 4.90 ±
1.12
1.42
0.55
1.49
2.87
–
(12–30) (24–42) (20–28) (2–24) (10–18)
–
100
4th
15.40 ± 27.60 ± 30.10 ± 22.10 ± 4.70 ±
0.90
1.09
1.29
1.67
2.54
–
(10–22) (20–38) (20–40) (4–32) (10–16)
–
100
5th
16.50 ± 26.90 ± 32.10 ± 16.80 ± 6.30 ±
0.54
0.93
0.99
0.81
1.35
(14–20) (22–34) (24–40) (8–24) (4–16)
0.50 ±
1.11
(4–6)
–
100
6th
15.80 ± 24.90 ± 29.10 ± 17.40 ± 7.70 ±
1.02
0.85
1.34
1.04
1.72
(10–30) (20–30) (20–40) (4–24) (6–16)
3.50 ±
1.42
(4–12)
0.42 ±
1.30
(6–8)
100
.
H. armigera.
Larval
instars
% Mortality after feeding on different plant clones (mean ± SE)
1st day
2nd day 3rd day
4th day
5th day
6th day
7th day
Total
(%)
1st
42.60 ±
0.81
(38–50)
57.40 ±
0.81
(50–62)
–
–
–
–
–
100
2nd
40.30 ±
1.11
(32–48)
44.00 ±
0.63
(30–60)
15.70 ±
2.61
(12–30)
–
–
–
–
100
3rd
31.70 ±
1.30
(24–46)
32.60 ±
0.92
(30–40)
27.60 ±
0.63
(22–30)
8.10 ± 1
.80
–
(2–20)
–
–
100
4th
30.90 ±
1.82
(18–48)
25.90 ±
1.36
(16–40)
26.10 ±
1.38
(12–40)
10.60 ±
3.86
(8–30)
–
–
100
4.4 ± 3.
79
(10–26)
S. littoralis.
Larval
instars
% Mortality after feeding on different plant clones (mean ± SE)
1st day
2nd day 3rd day
4th day
1st
11.80 ±
0.85
(8–20)
13.60 ±
0.73
(8–20)
6.50 ± 0 2.70 ± 0 0.80 ± 0 1.20 ± 0 47.30 ±
.41
.33
.23
.27
2.05
(4–10)
(0–6)
(0–2)
(0–2)
(38–62)
2nd
7.00 ± 0 11.50 ±
.47
0.74
(4–10)
(8–20)
3rd
2.50 ± 0 6.00 ± 0 10.10 ±
.46
.50
0.42
(0–6)
(2–12)
(8–14)
4th
0.50 ± 0 5.70 ± 1 8.00 ± 1 5.10 ± 0 1.60 ± 0 0.40 ± 0 0.60 ± 0 21.90 ±
.45
.79
.34
.89
.45
.00
.00
4.92
(0–2)
(2–8)
(6–10)
(2–6)
(0–4)
(0–2)
(0–2)
(18–32)
10.80 ±
0.37
(8–14)
5th day
6th day
7th day
Total
8.70 ± 0 5.30 ± 0 1.30 ± 0 1.50 ± 0 1.00 ± 0 36.30 ±
.57
.33
.30
.29
.23
1.94
(4–14)
(4–8)
(0–4)
(0–4)
(0–2)
(26–54)
5.50 ± 0 2.10 ± 0 1.20 ± 0 0.3 ± 0.
.43
.34
.23
16
(4–10)
(0–6)
(0–2)
(0–2)
27.70 ±
1.52
(20–44)
GMO – dokąd
zmierzamy?