Praktyczne zastosowanie genetyki

Spis treści :

Genetyka :
1. Wyjaśnienie pojęcia, charakterystyka
2. Powstanie

I Inżynieria genetyczna
1.1 Zasada działania
1.2 Sposoby na przyjęcie się DNA
1.3 Osiągnięcia inżynierii genetycznej

II Organizmy transgeniczne (genetycznie modyfikowane organizmy)
2.1 Powstawanie organizmów transgenicznych
2.2 Rośliny transgeniczne, ich cechy i wykorzystanie
2.3 Zwierzęta transgeniczme, ich zastosowanie

III Terapia Genowa

VI Klonowanie DNA
4.1 Metoda działania
4.2 Klonowanie zwierząt

V DNA fingerprinting, metoda „genetycznych odcisków palców”
5.1 Sposób powstawania
5.2 Zastosowania

VI Eugenika

VII Przeciwności
*******************************

1. Nazwa „genetyka” pochodzi z języka greckiego, gdzie gentes oznacza rodzica. Jest nauką zajmującą się badaniem zjawisk związanych z dziedzicznością i zmiennością organizmów oraz przebiegiem tych procesów, czyli np. utrzymaniem podobieństw i powstawaniem różnic pomiędzy kolejnymi pokoleniami, mutacjami genowymi, inżynierią genetyczną. Możliwe jest to dzięki badaniu łańcucha DNA (fragment kwasu dezoksyrybonukleinowego)a właściwie jego zmian, które umożliwiają ewolucję i zróżnicowanie organizmów żywych. Składa się on z nukleotydów (ich skład to cukier- dezoksyryboza, reszta kwasu fosforowego i zasada azotowa), różniących się między sobą zawartością zasady azotowej (adeniny, guaniny, cytozyny lub tyminy).

2. Powstanie genetyki wiąże się z osobą czeskiego zakonnika Grzegorza Mendla (1822- 1884), który prowadził badania nad dziedziczeniem cech u grochu zwyczajnego. Sformułował jako pierwszy podstawowe prawa dziedziczności, jednak prace te zostały docenione dopiero po jego śmierci i stały się podstawą nowej dziedziny biologii- genetyki. Jej rozwój w ostatnich latach następuje bardzo gwałtownie, otwiera przed ludźmi wiele nowych możliwości jej praktycznego wykorzystania.


1.Inżynieria genetyczna


1.1 Genetykę wykorzystuje się w wielu aspektach np. w medycynie, hodowli zwierząt, rolnictwie i wielu innych dziedzinach. Możliwości takie istnieją dzięki jednej z gałęzi genetyki- inżynierii genetycznej. Dziedzina ta zajmuje się rekombinacją kwasu dezoksyrybonukleinowego, czyli np. wymienianiem fragmentów DNA na inne jego fragmenty. Znaleziono nawet sposoby pozwalające szybko namnożyć geny lub ich fragmenty. Opracowanie tej metody jest autorstwa dwóch chemików: M. Smith i K. Mullis, za co otrzymali Nagrodę Nobla. Dzięki takim manipulacjom możliwa jest ekspresja pożądanych cech u danego organizmu, wcześniej nie występujących w tym gatunku. Przykładem może być wprowadzenie do komórki pałeczki okrężnicy genu warunkującego wytwarzanie insuliny w hodowli bakteryjnej. Wytwarzany w ten sposób hormon jest pełnowartościowy i zastępuje w pełni insulinę produkowaną z trzustek zwierzęcych.
1.2 Jednak proces ten jest bardzo skomplikowany i aby obcy fragment DNA wprowadzony do komórek poprawnie się w nich replikował i utrzymywał, naukowcy stosują tzw. wektory genetyczne, w których znajduje się zmodyfikowany już fragment DNA, dostarczany przez nie do komórek. Wektorem jest najczęściej wirus albo liposom. Obecnie stosowane wektory nie są na tyle wydajne, aby można je było rutynowo stosować w leczeniu: tylko niewielka część liposomów wprowadzonych do krwi trafia do komórek docelowych, a wirusy są podejrzewane o działanie rakotwórcze.
1.3 Mimo wielkich trudności techniczno-laboratoryjnych inżynieria genetyczna stanowi ogromny postęp zwłaszcza w produkcji różnych materiałów biologicznych, w tym także leków. Przykładem jest wytworzenie szczepionki przeciw wirusowi HBV powodującemu ostre zapalenie wątroby typu B.



2. Organizmy transgeniczne (genetycznie zmodyfikowane organizmy)


2.1 Organizmy transgeniczne są to organizmy, których materiał genetyczny został wzbogacony o obce geny przeniesione z innego gatunku, wprowadzone do komórek przy pomocy metod inżynierii genetycznej. Organizmy takie mają ogromne praktyczne, (np. wyposażenie roślin w cechy nadające im wyższą odporność lub umożliwiające im życie w niesprzyjającym środowisku) oraz poznawcze (np. badania nad funkcjonowaniem genów) znaczenie.
2.2 Transgeniczne rośliny uzyskuje się przez wprowadzenie obcego DNA do protoplastów komórek lub za pośrednictwem infekujących roślinę bakterii (np. Agrobacterium tumefaciens) zawierających w swych komórkach plazmidy (kolista cząsteczka dwuniciowego DNA, występująca pozachromosomowo, w cytoplazmie, mająca zdolność do samodzielnej replikacji). Rośliny takie posiadają najczęściej cechy pożądane przy ich hodowli i dystrybucji, czyli np. odporność na pewne środki chemiczne czy niesprzyjające warunki życia lub przedłużoną trwałość. Nie wiadomo jednak, jakie mogą być skutki spożywania transgenicznych roślin.
2.3 Nadal trwają badania nad otrzymywaniem zwierząt transgenicznych, można sobie wyobrazić np. krowy wydzielające do mleka duże ilości insuliny albo innych hormonów wykorzystywanych w leczeniu chorób ludzi. Wytworzenie takich zwierząt ułatwiłoby otrzymywanie lekarstw i obniżyłoby koszty ich produkcji, ale także wywołanie cech przydatnych przy hodowli (odporność na choroby, większa masa) zwiększyłoby wydajność wielu gospodarstw. Na razie jednak wykorzystuje się takie zwierzęta do badań nad chorobami układu krążenia, nowotworami, czy chorobami genetycznymi. Przykładem może być wyhodowana w roku 1980 mysz o hormonie wzrostu szczura, która do dziś jest modelem do doświadczeń nad chorobami ludzkimi.


3. Terapia genowa



W ostatnich latach intensywne badania prowadzone są nad dziedziczeniem chorób nieuleczalnych. Zmierza się do wykorzystania w celu ich leczenia terapii genowej. Polegałaby ona na zamianie uszkodzonego odcinka DNA w pobranych komórkach poza organizmem, na odpowiedni odcinek, i wszczepienie go do organizmu. Nowe geny powinny wywierać efekt leczniczy, np. zmuszając komórkę do produkcji nowych białek, których brakuje w organizmie, albo - w przypadku komórek nowotworowych - powodując śmierć komórki. Wykorzystanie tej metody wydaje się możliwe przy chorobach związanych z krwią takich jak białaczka czy hemofilia. Terapia genowa jest na razie w fazie teoretycznej, ale na pewno stwarza nowe możliwości wykorzystania genów.




4. Klonowanie DNA


4.1 Kolejną bardzo ważną dziedziną opartą na genetyce jest klonowanie. Jest to metoda pozwalająca na namnożenie DNA a właściwie jego odcinków, w celu wykorzystywania ich później do badań. Wyizolowane z komórki organizmu dawcy, za pomocą enzymów restrykcyjnych, DNA jest następnie poddawane działaniu technik elektroforetycznych, pozwalających rozdzielić uzyskane fragmenty, a następnie wyizolować dany fragment. Wprowadzenie takiego odcinka do organizmu odbywa się za pomocą tzw. wektorów, czyli stosunkowo niewielkich cząsteczek DNA mogących replikować się autonomicznie w danych komórkach lub integrować z chromosomem biorcy. Biorcami obcego DNA są zazwyczaj komórki bakteryjne, wektorami zaś plazmogeny (geny zlokalizowane poza obrębem jądra komórkowego, tj.: w cytoplazmie, mitochondriach i plastydach) lub odpowiednio zmodyfikowane bakteriofagi. Po wprowadzeniu sklonowanego genu do komórek bakteryjnych następuje jego ekspresja.

4.2 W ostatnich latach duży postęp zrobiono w kwestii klonowania zwierząt. Możliwe jest wykorzystanie tego faktu przy przeszczepach narządów. Zmodyfikowanie białek enzymatycznych, przez które transplantowane organy zwierzęce zostają odrzucone przez reakcję ludzkiego układu odpornościowego, zmniejszyłoby ryzyko takiego właśnie odrzucenia. Wszystkie takie badania są jednak niestety bardzo kosztowne i napotykane są różne problemy techniczne.



5. DNA fingerprinting, metoda „genetycznych odcisków palców”
5.1 Bardzo ciekawym sposobem na wykorzystanie osiągnięć współczesnej genetyki jest metoda opracowana przez Brytyjczyka Aleca Jeffreysa w 1984. Polega ona na izolowaniu i sporządzaniu obrazów fragmentów DNA i nosi nazwę metody genetycznych odcisków palców. Pobrane z komórek DNA izoluje się, następnie trawi odpowiednimi enzymami restrykcyjnymi, które tną je w specyficznych miejscach. Pocięte fragmenty sortuje i rozdziela się elektroforetecznie. Rozdzielone fragmenty DNA przenosi się na filtr nitrocelulozowy i hybrydyzuje się z radioaktywnymi sondami, następnie fotografuje. Dostaje się w ten sposób „genetyczne odciski palców” – obraz fragmentu DNA przypominający swoim wyglądem kod paskowy. W przypadku zbyt małej wyjściowej ilości DNA - namnaża się DNA, stosując PCR. Ponieważ każdy osobnik posiada swój własny charakterystyczny wzór, metodę tę określa się jako metodę genetycznych odcisków palców.
5.2 DNA fingerprinting wykorzystuje się głównie w dwóch aspektach. Po pierwsze w diagnostyce chorób dziedzicznych np. hemofilii, anemii sierpowatej, choroby Alzheimera, choroby Huntingtona. Drugie zastosowanie metoda ta znalazła w kryminalistyce, gdzie na podstawie pozostawionych śladów biologicznych (włosów, śliny, spermy) można udowodnić winę podejrzanego, ustalić tożsamość ofiary lub ogólnie przebieg przestępstwa.

6. Eugenika
Jedną z nauk opracowanych na podstawie genetyki jest eugenika. Bada ona możliwości rozwoju osobników o dodatnich cechach dziedzicznych osiągniętych przez selekcję na drodze genetycznej. W praktyce eugenika działa w dwóch kierunkach: zapobiega rozmnażaniu się osobników słabych (z wadami genetycznymi) i dąży do tworzenia korzystnych warunków dla rozwoju osobników o dodatnich cechach genetycznych. Tak więc zalicza się tu poradnictwo genetyczne (Genetyka populacji), świadome rodzicielstwo, walkę z alkoholizmem i chorobami wenerycznymi, propagowanie sportu i zdrowego trybu życia, higiena pracy oraz higiena psychiczna. Autorem tego systemu poglądów był F. Galton. Zasady eugeniki zostały wypaczone przez nazizm.

7. Przeciwności
7.1 Genetyka, jak każda dziedzina rozwijająca się w tak szybkim tempie posiada zagrożenia, wynikające ze słabego jej poznania i nie zakończeniu wielu obserwacji wymagających dłuższego okresu czasu. Można tutaj wspomnieć o nie wiedzy na temat szkodliwości spożywania transgenicznych roślin. Także wirusy wykorzystywane w inżynierii genetycznej przy wszczepianiu fragmentów DNA do komórek podejrzewa się o działanie rakotwórcze. Wielkim zagrożeniem mogą stać się również mutacje spowodowane niewłaściwym procesem przy np. rekombinacjach DNA, lub niewłaściwym przebiegiem procesu klonowania.
7.2 Rozważany często jest też wymiar etyczny prowadzenia badań genetycznych. Wiele wątpliwości budzi wykorzystywanie do badań nad klonowaniem ludzkich embrionów, dlatego też w wielu krajach klonowanie ludzi zostało zabronione. Dodatkowo przeciw eksperymentom prowadzonym na zwierzętach (np. na wspomnianych już transgenicznych myszach) często wyraża się sprzeciw. Jednak gdy badania dotyczą poważnej choroby zwierzęta są dobrze traktowane zezwala się na to.
7.3 Uważam, że genetyka mimo licznych wątpliwości i zagrożeń stwarza ogromne możliwości poprawy jakości życia, ratowania go i zdrowia. Jeśli tylko ludzie odpowiedzialnie wykorzystywać będą osiągnięcia współczesnej technologii może stać się ona znaczącym postępem i przyszłością medycyny, farmakologii, hodowli i wielu innych dziedzin.


Źródła :

1. Nowa powszechna encyklopedia PWN, Warszawa 1996
2. Strona internetowa Biologia, http:// www.biologia.pl
3. Wielka Internetowa Encyklopedia Multimedialna, http://www.wiem.onet.pl