Biotechnologia
BIOTECHNOLOGIA I BIZNES. CO MOŻESZ ROBIĆ BĘDĄC BIOTECHNOLOGIEM.
Biotechnologia jest obecnie jedną z najprężniej rozwijających się dziedzin nauki prawdopodobnie również dlatego , że oprócz badań podstawowych ma niesamowicie dużo zastosowań praktycznych - jak żadna chyba gałąź nauki jest silnie związana z przemysłem i szeroko rozumianym biznesem.
Rozwój współczesnej biotechnologii zapoczątkowany został w Stanach Zjednoczonych. Powstawały wtedy małe firmy biotechnologiczne , które pózniej weszły w skład wielkich koncernów. Największe z nich to Amgen , Centocor , Chiron , Genetech.
Dynamicznemu rozwojowi podlega biotechnologia farmaceutyczna i medyczna - powstają i znajdują zastosowanie coraz to nowe rodzaje leków tworzonych za pomocą technik rekombinacji DNA , konstruowane są nowe , skuteczniejsze zestawy diagnostyczne. Nabierają rozmachu projekty biotechnologiczne związane z rolnictwem , ochroną środowiska i mnóstwem innych dziedzin życia ludzkiego.
Do dzisiaj istotnym problemem jest biotechnologiczne prawo patentowe. W wielu przypadkach naprawdę trudno znaleźć odpowiedź na pytanie co wolno a czego nie wolno patentować.
Biotechnologia
Trudno jest dokonać systematycznego przeglądu problemów biotechnologii, dlatego ograniczę się tylko do wybranych przykładów. Ogólnie przyjmuje się, że perspektywiczną techniką stosowaną w biotechnologii jest inżynieria genetyczna. Możliwości, jakie stwarza, wydają się oczywiste. Wiele produktów białkowych otrzymywanych przez człowieka z naturalnych źródeł nie zaspokaja rosnącego popytu. Metody sztucznej rekombinacji DNA nie tylko umożliwiły powstanie nowych niezwykle użytecznych narzędzi do badania podstawowych mechanizmów funkcjonowania żywych komórek, lecz także przyczyniły się do rozwoju całkowicie nowych działów technologii. W niektórych przypadkach białka, a także żywe komórki uzyskane w wyniku manipulacji z wykorzystaniem metod inżynierii genetycznej zaczynają odgrywać ważną rolę w naszym życiu. Najbardziej spektakularnych przykładów dostarcza farmakologia i medycyna. Jednym z pierwszych białek, które dzięki zastosowaniu metod inżynierii genetycznej mogło być wytwarzane jako produkt handlowy, była ludzka insulina produkowana w E.coli. Przed uzyskaniem szczepów bakterii produkujących ten ludzki hormon insulinę otrzymywano wyłącznie z trzustek zwierząt. Wielu cukrzyków nabyło alergii w stosunku do insuliny pochodzenia zwierzęcego, której sekwencja aminokwasowa różni się nieco od sekwencji aminokwasowej insuliny ludzkiej. Możliwość wytwarzania ludzkiego białka za pomocą technologii sztucznej rekombinacji DNA ma ogromne znaczenie dla chorych cierpiących na cukrzycę. Wytwarzany za pomocą tych samych metod ludzki hormon wzrostu jest niezbędny w leczeniu wad wzrostowych występujących u niektórych dzieci. Hormon ten uzyskiwano przedtem wyłącznie ze zwłok. Otrzymywano niewielkie jego ilości, a na dodatek niektóre preparaty wykazywały zanieczyszczenie wirusami. Stosowanie w medycynie produkowanego metodami inżynierii genetycznej czynnika VIII, białkowego czynnika krzepnięcia krwi, którego nie mają chorzy na hemofilię A, eliminuje ryzyko zakażenia wirusem HIV- powodującym AIDS. Ryzyko takie istnieje, gdy stosuje się preparaty czynnika VIII uzyskiwane z krwi. Lista produktów wytwarzanych za pomocą technologii sztucznej rekombinacji DNA stale się wydłuża. Organizmy wyższe, które włączyły do genomów swoich komórek obcy DNA, noszą nazwę organizmów transgenicznych. Terminu tego używa się zwykle tylko w odniesieniu do roślin i zwierząt. W celu wprowadzenia i włączenia obcego DNA do komórek tych organizmów wykorzystuje się szereg różnych sposobów. Często wprowadza się DNA za pomocą wektorów wirusowych, ale znajdują zastosowanie także inne metody np. wstrzykiwanie DNA bezpośrednio do komórek. Jedną z dróg uzyskiwania metodami inżynierii genetycznej białek zwierzęcych jest wykorzystanie do ich wytwarzania żywych zwierząt, do których komórek wprowadzono odpowiednio przygotowany gen. Takie zwierzęta transgeniczne otrzymuje się zwykle wprowadzając odpowiedni gen, za pomocą mikroiniekcji do jądra zapłodnionej komórki jajowej. Jajo takie implantuje się, następnie w macicy samicy, gdzie przechodzi normalny rozwój. Transgeniczne potomstwo znajduje szerokie zastosowanie w różnego rodzaju badaniach naukowych. Dotyczą one regulacji ekspresji genów, funkcjonowaniu układu odpornościowego, chorób genetycznych, a także genów odpowiedzialnych za powstawanie nowotworów. Osiągnięcia biotechnologii w medycynie związane z zastosowaniem technik inżynierii genetycznej to również produkowany przez bakterie czynnik przeciwwirusowy interferon, czy też wytwarzany w drożdżach antygen powierzchniowy wirusa żółtaczki, stanowiący szczepionkę przeciw tej chorobie. Inżynierię genetyczną stosuje się w wielu technologiach biologicznych - od wytwarzania leków począwszy na produkcji piwa skończywszy. Inną techniką, z którą tak medycyna jak i przemysł wiążą duże nadzieje jest unieruchomienie enzymów na trwałych podłożach. Polega ona na wyizolowaniu i oczyszczeniu enzymu, a następnie związaniu go ze stałym podłożem w ten sposób, aby nie tracąc swej aktywności przestał być rozpuszczalny. Przez pojemnik unieruchomiony w ten sposób enzymem można przepuszczać powoli roztwór, w którym będzie zachodzić reakcja katalizowana przez obecny w pojemniku enzym. Zalet takiego wykorzystania enzymów jest wiele. W medycynie dąży się np. do związania z nośnikiem takich enzymów, których inaktywacja, zwykle uwarunkowana genetycznie, jest przyczyną choroby. W przypadku fenyloketonurii prostą i skuteczną terapię widzi się w związaniu ze stałym nośnikiem enzymu przekształcającego gromadzącą się we krwi chorego fenyloalaninę. Prowadzone są prace mające na celu wykorzystanie technologii biologicznych do skonstruowania roślin umiejących wiązać azot z powietrza, co byłoby rewolucją w rolnictwie. Ale również stosuje się biotechnologię do celów tak prozaicznych, jak produkcja proszków do prania. Biotechnologie są niezwykle korzystne w usuwaniu zanieczyszczeń wprowadzanych przez człowieka do otoczenia. Np. zmienione genetycznie grzyby i bakterie mają zdolność do rozkładania różnych zanieczyszczeń, m.in. siarką albo ropą naftową. Bardzo skomplikowane jest jednak ich stosowanie, ponieważ gdyby wydostały się spod kontroli bakterie rozkładające produkty ropy naftowej skutki byłyby niewyobrażalne.
Można przypuszczać, że ta lista zastosowań biotechnologii będzie się wydłużać z roku na rok, podobnie jak wraz z upływem czasu pojawiają się coraz to nowsze technologie. W inżynierii genetycznej osiągniecie sukcesu wymaga zastosowaniu szeregu różnych doświadczeń pomocniczych oraz prób zasadniczych z użyciem wielu komórek. Niezbędne do tego jest dysponowanie wieloma kopiami danego genu, które uzyskuje się przez powielanie określonego odcinka w licznych, identycznych kopiach. Przeprowadza się to dwojako:
1) In vitro - przez klonowanie DNA, wprowadzając wyizolowany gen do komórki.
2) In vitro - przy wykorzystaniu tzw. Techniki PCR. Ta metoda pozwala na bardzo szybkie namnażanie określonego odcinka DNA w probówce.
Wprowadzenie genu do komórki wymaga zastosowania odpowiedniego wektora. Niezależnie od tego czy będziemy przeprowadzać klonowanie, czy też próbowali umieścić gen w komórce docelowej, niezbędne będzie połączenie go z wektorem. Wektor jest czymś w rodzaju opakowania umożliwiającego przenoszenie DNA z jednej komórki do drugiej. Umieszczenie genu w pożądanym rejonie nie jest proste. Jest to jeden z największych problemów, z jakim zetknęła się inżynieria genetyczna. Do dzisiaj bowiem nie opanowano techniki pozwalającej na umieszczanie genu w konkretnym miejscu. Prowadzi to często do efektów ubocznych, polegających na wyłączeniu innego genu. Jedynym wyjściem jest więc wykonywanie wielu prób i selekcjonowanie tych komórek, które wykazują komplet pożądanych cech. Ludzie którzy odnieśli konkretne korzyści płynące z zastosowania technologii sztucznej rekombinacji DNA, nie mają dziś wątpliwości, że rozwój tej technologii miał ważne i dobroczynne znacznie. Jednakże na początku lat siedemdziesiątych naszego stulecia, gdy nowa technologia była dopiero wprowadzana, wielu uczonych obawiało się, że jej niewłaściwe użycie może przynieść poważne szkody. Szczególne zaniepokojenie budziła możliwość przypadkowego wyprodukowania organizmu, który miałby szkodliwy wpływ na środowisko. Całkowicie nowe szczepy bakterii lub innych organizmów, z którymi nikt na świecie nie miał jeszcze do czynienia, mogłyby się wymknąć spod kontroli. Uczeni, którzy przyczynili się do rozwoju metod inżynierii genetycznej, świadomi tych zagrożeń, nalegali na opracowanie szczegółowych i ścisłych przepisów, które uczyniłyby nową technologię bezpieczną. Historia ostatnich lat nie potwierdziła żywionych wcześniej obaw. Doświadczenia, w których dokonywano manipulacji genami, prowadzone były bezpiecznie w tysiącach laboratoriów uniwersyteckich i przemysłowych. Najpoważniejsze ostrzeżenia, przewidujące przypadkowe wydostanie się z laboratoriów do środowiska i rozprzestrzenienie szczepów bakterii zawierających groźne geny, okazały się bezpodstawne. Laboratoryjne szczepy E.coli giną szybko poza laboratorium, nie są bowiem w stanie skutecznie konkurować ze szczepami dzikimi, bytującymi w środowisku naturalnym. Doświadczenia, w których stosuje się szczególnie ryzykowne procedury, prowadzone są w specjalnych pomieszczeniach laboratoryjnych zaprojektowanych w ten sposób, by uniemożliwić wydostanie się niebezpiecznych chorobotwórczych zarazków oraz zapewnić bezpieczeństwo pracujących w nim badaczom. Przestano się już obawiać przypadkowego sklonowania niebezpiecznego genu lub uwolnienia groźnego organizmu do środowiska. Nie oznacza to oczywiście, że niemożliwe jest umyślne zaprojektowanie i wytworzenie niebezpiecznych konstrukcji genowych. Większość uczonych uznaje dziś znaczenie technologii sztucznej rekombinacji DNA i przyznaje, że wiązane z nią obawy zagrożenia dla ludzi i środowiska były przesadzone. Z chwilą ustalenia, że doświadczenia z manipulacją DNA nie są niebezpieczne, złagodzono obowiązujące w stosunku do nich przepisy bezpieczeństwa. Ostre ograniczenia utrzymano natomiast w tych dziedzinach badań, w których technik inżynierii genetycznej używa się do pracy z genami o znanym wysokim stopniu ryzyka oraz w przypadku pracy z potencjalnie groźnymi genami, których efekt dla środowiska nie jest jeszcze w pełni poznany. Ograniczenia dotyczą szczególnie tych projektów, które proponują wprowadzenie do środowiska naturalnego organizmów uzyskanych za pomocą manipulacji genetycznej. Chodzi tu na przykład o odmiany roślin uprawnych, których nasiona lub pyłek mogą się rozprzestrzenić w sposób niekontrolowany. Wiele wysiłku poświęca się obecnie na określenie efektów wprowadzenia do środowiska organizmów zawierających sztucznie zrekombinowane geny. Już wkrótce powinniśmy uzyskać znacznie lepsze rozeznanie co do ewentualnego ryzyka takiego przedsięwzięcia.
INŻYNIERIA GENETYCZNA
Człowiek od dawna ingerował w układy genetyczne zwłaszcza zwierząt hodowlanych i roślin uprawnych. W ciągu ostatnich lat zaczęto do celów praktycznych wykorzystywać wiadomości zebrane przez genetykę molekularną. Najlepszym przykładem wykorzystania genetyki molekularnej jest inżynieria genetyczna. Technika inżynierii genetycznej polega na wycinaniu z jednego genomu określonego genu i wstawianiu go do innego organizmu, i badaniu zachowania tego genu - tzn. czy ulega replikacji i ekspresji.
ZASADA TECHNIKI INŻYNIERII GENETYCZNEJ
a) wbudowanie poszukiwanego genu do plazmidu - Tę metodę nazywamy "strzelaniem na ślepo", gdyż o otrzymaniu klonu bakterii zawierającego gen X decyduje przypadek; b) izolacja DNA genu X Stosując metody inżynierii genetycznej można ciąć DNA różnych organizmów, wstawić je do naturalnych lub sztucznych plazmidów i wraz z nimi wprowadzać je przede wszystkim do komórek bakteryjnych. Dążeniem inżynierii genetycznej jest wykorzystanie genów jednego organizmu, w drugim dzięki przenoszeniu obcego DNA oraz izolacji DNA określonego genu. Często stosowaną metodą jest "strzelanie na ślepo". W inżynierii genetycznej wykorzystuje się znajomość struktury DNA i kodu genetycznego. Wiele odcinków DNA ma określone sekwencje, czyli znana jest sekwencja nukieotydowa genu. O sekwencji nukleotydów genu można wnioskować na podstawie kolejności ułożenia aminokwasów w białku. Obecnie opracowano metody syntezy DNA bez udziału organizmów innych np. otrzymano insulinę złożoną z 51 aminokwasów, lub niektóre neurohormony zbudowane z kilku aminokwasów. Zastosowanie inżynierii genetycznej pozwala na otrzymanie nowych odmian bakterii mających określone pożądane cechy lub dzięki inżynierii genetycznej istnieje możliwość wprowadzenia genów zwierzęcych do bakterii w celu otrzymania odmian bakterii tworzących białka zwierzęce, co ma zastosowanie w szybszej i tańszej produkcji białek. Głównym obiektem badań inżynierii genetycznej są bakterie. Wprowadzanie obcego DNA do komórek organizmów wyższych jest bowiem trudne. Można obecnie wyizolować z organizmu i hodować komórki i tkanki zwierzęce, do których następnie wprowadza się obcy DNA. Badania dotyczą transformowania zygot lub gamet zwierzęcych np. myszy. ten sposób wprowadzono do organizmu myszy nowe geny. (np. geny królika) Transformacja komórek roślinnych jest trudniejsza ze względu na ścianę celulozową. Zabiegi polegające na całych komórkach lub jądrach komórkowych nazwano inżynierią komórkową np. połączono komórki pochodzące z różnych gatunków zwierząt - technika komórek mieszańcowych pozwoliła na uzyskanie jednorodnych przeciwciał - zwanych monoklonowymi. Technika ta ma duże znaczenie praktyczne, gdyż otrzymując przeciwciała w sposób zwykły z krwi zwierzęcia uodpornionego uzyskuje się mieszaninę różnych przeciwciał, natomiast komórki mieszańcowe tworzą wyłącznie jeden rodzaj przeciwciał. Ostatnią techniką szeroko obecnie stosowaną jest klonowanie. Klonem nazywamy potomstwo jednego osobnika mnożącego się bezpłciowo, a zatem genetycznie identycznego w stosunku do siebie jak i do organizmu macierzystego. Klonowanie oznacza metodę otrzymywania klonów, a więc zbioru osobników identycznych genetycznie i z organizmów rozmnażających się wyłącznie płciowo. Np. z zapłodnionego jaja żaby usunięto jądro zygoty na jego miejsce wprowadzono jądro pobrane z komórki nabłonka jelitowego innej żaby. Okazało się, że "zmienione jajo" rozwijało się normalnie powstała dorosła żaba. Jajo, z którego ta żaba wyrosła miało jądro diploidalne zawierające geny identyczne z genami żaby, z tkanki, której pobrano jądro. Otrzymano żabę pod względem genetycznym identyczną z żabą, od której pochodziło jądro wprowadzone sztucznie do jaja. W ten sposób można otrzymać klony zupełnie identycznych osobników stąd pochodzi termin klonowanie. Otrzymano już np.: homozygotyczne myszy tzn. mające na homologicznych chromosomach identyczne geny ułożone identycznie. W lutym 1997r. brytyjscy naukowcy z Edynburga ogłosili, że udało im się sklonować owcę. Wykorzystali do tego celu komórki dorosłego zwierzęcia. Z około 200 embrionów rozwiną się tylko jeden, a koszt całego przedsięwzięcia przekroczył milion dolarów. Jednak potencjalne skutki tego przedsięwzięcia mogą być oszałamiająco pociągające i groźne. Osiągnięcie to było bardzo ważne. Zasadniczym celem klonowania jest zwiększenie liczby zwierząt produkujących białka ludzkie. Niedługo po tym wydarzeniu Amerykanie poinformowali świat o udanym klonowaniu małpy (rezusa) w centrum badawczym w Oregonie. Z tą jednak różnicą, że ci uczeni wykorzystali materiał komórkowy z embrionu we wczesnej fazie rozwojowej. Postępy, których dokonali biologowie molekularni i genetycy stawiają przed społeczeństwem wyzwania, do których nie jesteśmy przygotowani. Z ostrożnością należy podchodzić do klonowania człowieka, ale nie można zaprzeczyć sensowności samej idei powielania organizmów. W styczniu 1998 r. kilkanaście państw podpisało konwencję zabraniającą klonowania człowieka. Na początku maja 2002 roku po raz pierwszy na świecie niedojrzałe płciowo, 8-tygodniowe jagnięta mają potomstwo. Dokonali tego za pomocą czeskich uczonych naukowcy z Akademii Rolniczej w Krakowie. Od malutkich owiec pobrali niedojrzałe komórki płciowe, umieścili je w specjalnej odżywce, dzięki której w ciągu 24 godzin dojrzały do rozmnażania i na koniec wszczepili zarodek zastępczej matce. Po 146 dniach urodziły się zdrowe trojaczki. Zdaniem uczonych jest to niezwykle pożyteczne osiągnięcie, które spowoduje, że będą się rodziły doskonalsze, mające gęstszą wełnę lub bardziej odżywcze mleko zwierzęta. Obecnie można również otrzymać z hodowli tkankowej komórek roślinnych homozygotyczne rośliny. Łącząc komórki roślinne można otrzymać komórki mieszańcowe. Z hodowli takich komórek można otrzymać całą nową roślinę, czyli z hodowli komórek mieszańcowych można otrzymać całe mieszańce roślinne, co ma znaczenie praktyczne. W ostatnim czasie opracowano metodę otrzymywania tzw. fenokopii mutacji. Fenokopiami mutacji nazywamy osobniki, w których ujawniają się cechy charakterystyczne dla danej mutacji, jednak bez zmodyfikowania materiału genetycznego. Prawdziwe fenokopie otrzymane zostały przez Jacoba przez zablokowanie translacji określonego genu, otrzymane fenokopie były raczej przypadkowe. Badania inżynierii genetycznej pozwoliły również na lepsze poznanie problemu nowotworów.
Organizmy wyższe, którym wprowadzono nowy, obcy gen, przekazywany następnie pokoleniom zgodnie z podstawowymi prawami dziedziczenia, nazywamy organizmami transgenicznymi. Niżej podaję kilka przykładów tych organizmów:
* w USA na doświadczalnych poletkach testuje się transgeniczną odmianę tytoniu, odporną na środki chwastobójcze - herbicydy.
* uzyskana w pracowniach jednej z amerykańskich firm biotechnologicznych transgeniczna bawełna produkuje włókna zawierające niewielką domieszkę poliestru zwiększającą termoizolacyjność tego materiału. Do pełnego sukcesu gospodarczego jeszcze daleko, ale rośliny produkujące włókna syntetyczne nie są już fikcją.
* Transgeniczne myszy i świnie wykorzystywane się w badaniach genetycznych.
* Prowadzi się badania nad przeniesieniem genów warunkujących możliwość wiązania wolnego azotu z bakterii do komórek roślin wyższych.
* Hoduje się transgeniczne ziemniaki produkujące albuminę typu HSA - białko odpowiedzialne za prawidłowe ciśnienie osmotyczne osocza krwi ludzi.
* Transgeniczne pomidory mają przedłużoną trwałość przechowywania. W USA sprzedawane są od 1994 roku.
BEZPOŚREDNIE ZNACZENIE GENETYKI W ŻYCIU CZŁOWIEKA
Rozwój inżynierii genetycznej rozbudza nadzieje szczególnie wśród ludzi dotkniętych anomaliami genetycznymi. Naukowcy zaczęli integrować w materiał genetyczny człowieka wdając się w tzw. terapie genowe, które mają ogromną przyszłość. Polegać one mają na:
1. substytucji (podstawieniu) alleli "uszkodzonych" prawidłowymi;
2. korekcjach, czyli "naprawach uszkodzonych" genów;
3. wprowadzeniu, np. drogą transdukcji normalnego genu do zmutowanej komórki;
W tym przypadku problemem jest fakt, że w jednej komórce funkcjonują dwa geny, a efekt tego jest trudny do przewidzenia. Podobnych problemów technicznych jest więcej. Do rozwiązania pozostaje kwestia docierania z terapią genową do jak największej liczby określonych komórek ciała oraz precyzyjnego wstawienia genów we właściwe miejsca chromosomów. Niewłaściwa insercja może być tragiczna w skutkach, gdyż może dojść do unieczynnienia innego genu i pojawieniu się szeregu innych negatywnych skutków.
Jest wiele przykładów wspierania przez współczesną genetykę starań o poprawę zdrowia. Oto kilka przykładów:
* organizmy transgeniczne mogłyby "produkować" ludzkie organy niezbędne do przeszczepów; tego rodzaju eksperymenty prowadzono już z transgenicznymi świniami. Chociaż to dopiero wstępny etap badań - wyniki są obiecujące.
* upowszechnienie terapii genowych - byłoby niewątpliwie ogromnym osiągnięciem. Duże nadzieje wiąże się z leczeniem m. in. mukowiscydozy za pomocą inhalacji zawierających wektory wirusowe. W tych ostatnich przenoszone są prawidłowe geny kodujące białko, aktywujące kanały chlorkowe w komórkach pacjenta.
* Wczesne wykrycie szeregu chorób dziedzicznych możliwe stało się dzięki użyciu tzw. sond molekularnych (testy genetyczne). Sondą jest zwykle odpowiedni odcinek cDNA znakowany radioaktywnie. W badaniach tego typu wykorzystuje się zdolność sondy do hybrydyzacji z określoną sekwencją testowanego DNA (mieszańcowe DNA można wykryć metodami radiograficznymi. Z badań przeprowadzonych w National Institutes of Health w USA wynika, że w połowie 2000 roku wykorzystywano już kilkaset testów genetycznych. Przykładem mogą być testy na obecność zmienionych genów odpowiadających za fenyloketonurię, anemię sierpowatą, chorobę Huntingtona, czy też obecność zmutowanych genów BRCA. W tym ostatnim przypadku nie wiadomo jednak na ile geny te zwiększają ryzyko zachorowania na raka piersi lub jajników.
* Transkryptomika to dziedzina za pomocą, której określane jest miejsce i czas aktywności genów (ideałem jest powstanie naszego transkryptonu - ogółu cząsteczek mRNA wyprodukowanych przez ludzkie komórki). Do rozpoznawania sekwencji mRNA wykorzystuje się najczęściej jego zdolność do hybrydyzacji cDNA. W ten sam sposób można określić np. aktywność określonych genów w komórkach rakowych.
* Proteomika zajmuje się identyfikacją i określaniem białek kodowanych przez określone geny (ideałem jest tu określenie ludzkiego protenomu - zbioru wszystkich białek produkowanych przez ludzkie komórki). Poznanie sposobu wytwarzania i właściwości białek pozwala na szybkie opracowanie nowych generacji leków, np. wiążących białko produkowane przez komórki nowotworowe albo blokujących określone geny.
BEZPOŚREDNIE ZNACZENIE GENETYKI W GOSPODARCE CZŁOWIEKA
Celem zabiegów hodowlanych jest stworzenie odmian maksymalnie homozygotycznych, ponieważ ich potomstwo jest bardziej jednorodnie, a selekcjonowaniu ulegają cechy determinowane przez allele recesywne, bądź takie, które nie wykazują dominacji zupełnej.
Dla szybkiego osiągnięcia tego celu - roślin przez kilka pokoleń stosuje się samozapylenie, natomiast u zwierząt - chów wsobny (inbreeding), czyli kojarzenie osobników blisko spokrewnionych. Osiągnięcie homozygotyczności jest idealnym rozwiązaniem, tymczasem w wielu wypadkach kolejne pokolenia "wsobne" są coraz mniej żywotne i plenne. Najczęstszą przyczyną jest występowanie niekorzystnych, recesywnych genów, które w dzikich populacjach ujawniają się bardzo rzadko. Siedemdziesiąt lat temu wydawało się, że sytuacja stała się patowa i selekcja sztuczna wprowadziła hodowców i rolników w tzw. ślepą uliczkę. Jakież więc było zdziwienie amerykańskich badaczy, gdy na początku lat dwudziestych naszego stulecia krzyżowali ze sobą różne rachityczne linie czystej kukurydzy. Potomstwo (F1) części takich krzyżówek wyrosło bowiem niezwykle bujnie, wyraźnie przewyższając plennością wszystkie znane wówczas odmiany, zarówno dzikie jak i hodowane.
Przyczyną tego dość nieoczekiwanego sukcesu najprawdopodobniej był wysoki poziom heterozygotyczności mieszańców. To miałoby maskować obecność niekorzystnych alleli o charakterze recesywnym. Być może tak jest rzeczywiście. Jednak molekularne podłoże przewagi heterozygot nad homozygotami nie zostało do dzisiaj w pełni poznane. Heterozje można stwierdzić również u zwierząt, np. świni czy bydła.
Krzyżowanie rasotwórcze ma na celu utworzenie nowej rasy, lepiej dostosowanej do warunków. Efekt można osiągnąć przez uprzednio przedstawione krzyżowanie lub przez krzyżowanie kilku ras. Jest to proces długotrwały, ponieważ zmieszane stado wykazuje bardzo dużą zmienność wskutek rozczepienia się cech. Za rasę uznaje się odpowiednio liczebną grupę zwierząt, która wykazuje duże ujednolicenie w typie budowy i w celach użytkowych, a w potomstwie nie występuje większa zmienność niż w stadzie rodzicielskim. Na przykład w Polsce prowadzi się prace nad wyhodowaniem nowej rasy długowełnistej owcy. Krzyżowanie użytkowe stosuje się wykorzystując zjawisko heterozji. Do krzyżowania wybiera się zwierzęta dwóch ras o dobrze wyrażonych cechach - celem jest uzyskanie u mieszańców harmonijnego połączenia cech obu ras. Obecnie oprócz krzyżówek w obrębie ras i gatunku, uzyskano krzyżówki międzygatunkowe - główną przeszkodą w takim krzyżowaniu, są różnice w liczbie chromosomów oraz właściwości fizjologiczne. Uzyskano obecnie z krzyżówek międzygatunkowych muła lub krzyżówkę żubra z bydłem domowym. Przedstawione metody mają na celu zwiększenie wydajności hodowli zwierząt, co pozwala hodowcom na oszczędność stosowanych materiałów oraz oszczędność pracy ludzkiej.
Zadaniem hodowli roślin jest ulepszanie roślin uprawnych i tworzenie nowych odmian, podobnie jak w hodowli zwierząt, wykorzystano wiele nauk a przede wszystkim genetykę. Zaniechanie pracy nad ulepszaniem istniejących odmian (hodowli zachowawczej), prowadzi do szybkiego pogorszenia się materiału siewnego i spadku plonów. Natomiast tworzenie nowych odmian (hodowla twórcza), należy uznać za najszybszy i najbardziej istotny czynnik zwiększenia plonów u roślin.
Efekty krzyżowania:
a) - większa zmienność roślin przystosowanych do nowych środowisk,
b) - nowe kombinacje cech,
c) - transgresja,
d) - epistaza,
e) - nowe sprzężenie genów,
f) jeżeli określona cecha roślin jest "jednogenowa" to w niewielkim stopniu uległa wpływom środowiska. Jest to ważne dla hodowców, bo dziedziczy się na podstawie praw Mendla - cechy wielogenowe powodują dużą różnorodność mieszańców, ale utrudniają hodowlę,
g) Zjawisko transgresjii można przedstawić
P AA bb x aa BB
F1 Aa Bb
F2 AA BB........ aa bb
A więc wykształcenie się jakiejś cechy powyżej zakresu zmienności form rodzicielskich następuje na skutek sumowania efektów genów dominujących i odwrotnie, pogorszenie przez sumowanie genów recesywnych
GENETYKA JEST DZIAŁEM TAK OBSZERNYM, ŻE W TEJ PRACY JEST ZNIKOMA TYLKO CZĘŚĆ WIEDZY JAKĄ OBECNIE POSIADAMY. NATOMIAST ZNACZENIE JEJ DLA CZŁOWIEKA I SKUTKI, JAKIE MOŻE NIEŚĆ ZA SOBĄ "ZABAWA GENAMI" SĄ TAK NAPRAWDĘ DO KOŃCA NIE ZNANE.
Biotechnologia
Zespól technologii , sluzacych do wytwarzania uzytecznych , zywych organizmów lub substancji pochodzacych z organizmów lub ich czesci. Inaczej - wszelkie manipulacje zywymi organizmami prowadzace do osiagniecia okreslonych korzysci.
Stosowana przez ludzi od zarania dziejów.
Obecnie : "Biotechnologia to zintegrowane zastosowanie wiedzy i techniki w dziedzinie biochemii , mikrobiologii i nauk inzynieryjnych w celu technologicznego wykorzystania zdolnosci drobnoustrojów , kultur tkankowych lub czesci z nich."
W celach biotechnologicznych mozna miedzy innymi wykorzystywac techniki inzynierii genetycznej.
Wspólczesna biotechnologia opiera sie w duzej mierze na rekombinacji DNA in vitro :
klonowaniu i ekspresji genów kodujacych okreslone bialka , zoptymalizowaniu poziomu ekspresji konkretnego sklonowanego genu , inzynierii bialek czyli wprowadzaniu celowych zmian sekwencji nukleotydowych powodujacych zmiany aminokwasów a co za tym idzie modyfikacje wlasciwosci bialka , czesto ulepszenie funkcjonowania , transgenizacji roslin i zwierzat i diagnostyce oraz terapii genowej.
Biotechnologia - żywność GM i klonowanie.
Biotechnologia
Biotechnologia jest szczególną dziedziną nauki, techniki i gospodarki narodowej. Podstawowe badania naukowe dotyczące samej istoty struktury molekularnej materii ożywionej są w swej ostatecznej formie sprzedawane na rynku w postaci najbardziej popularnych i powszechnych artykułów konsumpcyjnych. Mamy tu pozornie bardzo proste sprzężenie wskazujące, że o dalszym rozwoju inżynierii genetycznej decyduje poprzez swój wybór i zakup konsument.
W ostatnich latach dwa zagadnienia wzbudzały szczególnie duże zainteresowanie społeczne: żywność genetycznie zmodyfikowana [„żywność GM”] oraz klonowanie. W odniesieniu do drugiego zagadnienia nie były prowadzone szczegółowe badania, jednakże można sądzić, że polska opinia społeczna jest nastawiona do niego zdecydowanie negatywnie. Natomiast w odniesieniu do „żywności GM” opinie są podzielone. „Żywność GM” to artykuły spożywcze zarówno zawierające genetycznie zmodyfikowany materiał (kwasy nukleinowe lub białka) jak również wyprodukowane za pomocą genetycznie zmodyfikowanych organizmów. Warto w tym miejscu wyjaśnić, że zgodnie z decyzją Unii Europejskiej termin „żywność GM” limitowany jest do produktów zawierających powyżej 1% genetycznie zmodyfikowanych komponentów: DNA i białka (a zatem piwo produkowane z wykorzystaniem drożdży GM czy też cukier otrzymywany z buraków GM nie są traktowane jako „żywność GM” i nie wymagają znakowania). Zrozumiałe, że taką definicję musi w najbliższym czasie przyjąć również Polska.
1.Żywność GM
Mają miejsce spektakularne sukcesy nowoczesnej biotechnologii jak i liczne afery, które „nie mają końca". Dynamiczny rozwój biotechnologii spotyka się zarówno z akceptacją społeczną, jak i krytyką, sceptycyzmem, a nawet odrzuceniem. Zróżnicowane aspekty biotechnologii i reakcje społeczne są skrótowo przedstawione w kontekście „afer" biotechnologicznych jakie miały miejsce w ostatnich latach (patrz tab.).
Rok Kraj Zagadnienie
1997 UKUSA książę Karol: „...do Boga i tylko do Boga" prezydent J. Carter: „...stracą najubożsi..."
1998 USA alergeny z orzeszków ziemnych w soi
1998/99 UK A. Pusztai - szczury karmione GM ziemniakami z lektyną
1999 USA tryptofan - toksyna nie została usunięta w trakcie
1999 USA Monarch Butterfly motyle ginące na kukurydzy Bt
2000 Niemcy Pszczoły z genami Bt z GM rzepaku
2000 USA w potrawie „Taco shell" sprzedawanej przez sieć sklepów Taco Bell znaleziono GM kukurydzę paszową
Książę Karol: „...do Boga i tylko do Boga..."
Brytyjski następca tronu opublikował obszerny tekst, dostępny także w Internecie na stronach www brytyjskiego domu królewskiego, w którym stwierdził, że modyfikacje genomu należą tylko i wyłącznie do Boga. Wyraził również dezaprobatę dla wszelkiej żywności GM, nie wspominając, że jest producentem żywności ekologicznej na skalę przemysłową. Odpowiedział na ten list były prezydent USA:
Prezydent J. Carter: „...stracą najubożsi..."
Stwierdził on, że najbardziej zainteresowanymi w rozwoju nowoczesnych technologii są mieszkańcy krajów najbiedniejszych; im najbardziej potrzebne są osiągnięcia inżynierii genetycznej w zakresie produkcji leków, żywności i ochrony środowiska.
Alergeny z orzeszków ziemnych w soi
Soja należy do jednej z najcenniejszych roślin i wytwarza bardzo zdrowe białko, jednakże zawiera stosunkowo niewiele aminokwasów siarkowych, które są obecne w dużej ilości w orzeszkach ziemnych. Geny tych białek przeniesiono do soi. Na etapie prac doświadczalnych stwierdzono, że niektóre białka mają charakter alergenny i wstrzymano prowadzenie dalszych prac. Jest to przykład, że stwierdzenie złych efektów możliwe jest na poziomie laboratorium i prowadzi do zaprzestania badań i procesów wdrożeniowych, przed rozpoczęciem komercjalizacji.
Pusztai - szczury karmione GM ziemniakami z lektyną
Węgierski uczony pracujący w Wielkiej Brytanii ogłosił na konferencji prasowej [poza środowiskiem naukowym], że transgeniczne ziemniaki zawierające dobrze znaną substancję antyżywieniową - lektynę, są trujące dla ssaków. Badania te nie zostały do dzisiaj powtórzone i w recenzjach merytorycznych stwierdzono, że nie są wiarygodne, aczkolwiek zostały opublikowane w piśmie naukowym w 1999 r., aby środowisko naukowe mogło zapoznać się z tymi, bardzo głośnymi wynikami.
Tryptofan - toksyna nie została usunięta w trakcie oczyszczania
Tryptofan to aminokwas, bardzo popularny w USA jako odżywka, sprzedawana bez recepty. Praktycznie cały tryptofan na rynku amerykańskim jest otrzymywany z transgenicznych bakterii, a producentem jest jedna firma. W pewnym okresie produkcji uproszczono procedurę oczyszczania co spowodowało pozostawienie w produkcie handlowym substancji toksycznych [skutki byty tragiczne - śmierć kilkudziesięciu osób, ciężka choroba kilku tysięcy). Po przywróceniu pierwotnej procedury oczyszczania preparat okazał się pełnowartościowy. Przyczyną tragedii były pozorne oszczędności, a nie transgeniczne bakterie.
Monarch Butterfly, motyle ginące na kukurydzy Bt
Komunikat jednej z najbardziej znanych uczelni amerykańskich Cornell
University brzmiał bardzo groźnie: na polach transgenicznej kukurydzy giną motyle. Wkrótce ta sama uczelnia opublikowała sprostowanie: zapomniano wykonać próbę kontrolną, czyli sprawdzić ile motyli ginie na poletku kontrolnym (na zwykłej kukurydzy, traktowanej chemicznymi środkami ochrony roślin) - okazało się, że znacznie mniej motyli ginie na polu transgenicznym, aniżeli w przypadku upraw gdzie stosowano tradycyjne środki.
Pszczoły z genami Bt z GM rzepaku
Nie ma jeszcze ostatecznych wyjaśnień tej obserwacji: w przewodzie pokarmowym pszczół żerujących na transgenicznym rzepaku stwierdzono geny kukurydzy. Prawdopodobnie przyczyna jest wręcz banalna: bezpośrednio po konsumpcji w każdym układzie pokarmowym znajdują się geny pochodzące ze skonsumowanego organizmu [zanim zostaną strawione lub wydalone).
W potrawie „Taco shell" sprzedawanej przez sieć sklepów Taco Bell znaleziono GM kukurydzę paszową
Aktywiści „zielonych", przeciwnicy żywności GM, spośród milionów opakowań tej potrawy szczęśliwie znaleźli 7 sztuk zawierających transgeniczną kukurydzę paszową. Nastąpiło tu zatem przekroczenie dwóch norm prawnych: wprowadzono do żywności zboże paszowe oraz nie opisano produktu transgenicznego. Kosztem milionów dolarów firma wycofała całą produkcję z rynku. Wstępnie zakłada się kilka możliwych przyczyn, ale sprawa nie jest jeszcze rozwiązana. Najbardziej prawdopodobne jest, że któryś z farmerów był nieuczciwy i sprzedał na cele konsumpcyjne kukurydzę paszową.
GENETYCZNIE MODYFIKOWANA ŻYWNOŚĆ
- NIEPRZEWIDYWALNE RYZYKO
Stosowanie inżynierii genetycznej w rolnictwie i produkcji żywności ma wpływ nie tylko na środowisko i różnorodność biologiczną, ale także na ludzkie zdrowie. Oznacza to, że w celu dokładnego określenia bezpieczeństwa biologicznego niezbędne jest ustalenie wpływu organizmów powstałych w wyniku inżynierii genetycznej na środowisko oraz oszacowanie ryzyka, jakie niesie dla zdrowia konsumentów genetycznie zmodyfikowana żywność.
Zagrożenie, które może powodować żywność powstała poprzez stosowanie inżynierii genetycznej, jest trojakiego rodzaju: alergeny, toksyny i obniżona jakość pokarmowa. Niniejszy artykuł rozpoczyna się od dyskusji, w jaki sposób inżynieria genetyczna wprowadza takie ryzyko do żywności, a następnie określa procedury służące oszacowaniu, czy dana żywność niesie z sobą to ryzyko, czy nie. W niniejszej dyskusji żywność, składniki żywności i dodatki do żywności produkowane przez technologie w wyniku stosowania zrekombinowanego DNA będą nazywane genetycznie zmodyfikowaną, rekombinacyjną lub transgeniczną żywnością, a termin "żywność" będzie odnosił się ogólnie do żywności, dodatków do żywności i suplementów żywieniowych.
Niektóre z niebezpieczeństw dla zdrowia związanych z genetycznie zmodyfikowaną żywnością mogą być przewidywane na podstawie charakterystyki niezmodyfikowanych organizmów, z których powstał organizm produkujący przetworzoną genetycznie żywność, oraz źródła genów wykorzystanych do wytworzenia organizmu w wyniku inżynierii genetycznej. Na przykład, jeśli gen pochodzący z orzeszków ziemnych zostanie wprowadzony do jakiejś rośliny, wówczas żywność produkowana z roślin powstałych w wyniku tego zabiegu, może powodować reakcje alergiczne u ludzi, którzy są uczuleni na orzeszki ziemne.
W dodatku do tego możliwego do przewidzenia ryzyka, zarówno aktualna metoda stosowania rekombinacyjnego DNA, jak i te, które prawdopodobnie będą rozwinięte w przyszłości, są w stanie wprowadzić niepożądane zmiany w funkcjach i strukturze organizmów produkujących żywność. W rezultacie zmodyfikowana genetycznie żywność może mieć cechy charakterystyczne, zupełnie nie zamierzone, przez jej autora - "inżyniera genetycznego". Niektóre z tych przypadkowych zmian mogą być szkodliwe dla zdrowia konsumenta.
Zanim zmodyfikowana genetycznie żywność zostanie wprowadzona na rynek, powinna być starannie przetestowana, aby upewnić się, czy jest wolna od przewidywalnych i niespodziewanych alergenów i toksyn oraz czyjej jakość pokarmowa nie została zmieniona. Posłużyć do tego mogą przedstawione poniżej strategie testowania.
TOKSYNY l ZWIĄZKI PODRAŻNIAJĄCE WYTWARZANE W ZMODYFIKOWANEJ GENETYCZNIE ŻYWNOŚCI
Większość substancji występujących w żywności zmodyfikowanej genetycznie będzie obecna jedynie w ilościach śladowych. Tym niemniej te dodane składniki, nawet w ilościach śladowych, mogą w zasadniczy sposób zmienić pokarmową lub biologiczną charakterystykę żywności.
Oprócz działania wywołującego alergie zmodyfikowane białka mogą wykazywać także inne biologiczne właściwości. W przypadku zmodyfikowanych enzymów mogą na przykład katalizować produkcję innych składników o biologicznej aktywności normalnie nieobecnej w tej konkretnej żywności. Takie substancje mogą działać na przykład jako toksyny, związki podrażniające, mimetyczne hormony itp. Mogą ponadto działać na poziomie biochemicznym, komórkowym, tkankowym lub na poziomie organów, a także naruszać cały zakres funkcji fizjologicznych.
Przykładem klasy żywności powstałej w wyniku inżynierii genetycznej jest ta, którą zmodyfikowano w celu produkowania czynników kontroli biologicznej, jak na przykład rodzina środków do zwalczania owadów - enterotoksyn Bt. Każda z toksyn Bt jest specyficzna dla odpowiedniej klasy owadów. Toksyna Btk była stosowana powierzchownie w rolnictwie podstawowym od wielu lat i gdy stosowano ją w ten sposób nie donoszono o powodowanych przez nią reakcjach toksycznych występujących u konsumentów. Jednak nie byłoby wcale zaskoczeniem, gdyby okazało się, że taki składnik jak toksyna Btk, która ma dużą skuteczność biologiczną w stosunku do jednej klasy organizmów, wykazywała także działanie biologiczne u odległych rzędów takich jak kręgowce. Działanie takie może stać się widoczne, o ile toksyna będzie konsumowana w dużych ilościach. Tak jak to będzie się działo w przypadku zmodyfikowanej genetycznie żywności pozyskanej z organizmów powstałych w wyniku inżynierii genetycznej, które będą przejawiały wysoki poziom takiej toksyny w organizmie.
Normalnie, stosowana powierzchniowo, toksyna Bt ulega biodegradacji do niewykrywalnego poziomu w wyniku działania słonecznych promieni ultrafioletowych i innych procesów w ciągu zaledwie kilku dni. Jednak zmodyfikowane genetycznie rośliny produkują ją stale i utrzymują jej wysoki poziom. Co więcej, toksyna ta będzie występowała nie tylko na powierzchni rośliny, ale także wewnątrz, gdzie będzie chroniona przed promieniowaniem ultrafioletowym i może ulegać kumulacji.
W rezultacie konsumenci żywności zawierającej tę toksynę mogą spożywać znacznie większe jej ilości, niż to ma miejsce w przypadku żywności pozyskiwanej z roślin traktowanych tą toksyną powierzchniowo. Ostatecznie znakomity wynik stopnia bezpieczeństwa uzyskiwany dla toksyny Bt stosowanej powierzchniowo, nie jest adekwatny dla żywności uzyskiwanej z roślin zmodyfikowanych genetycznie w celu produkcji toksyny Bt.
2. Klonowanie.
SKLONUJ SIĘ, CZŁOWIEKU!
W dużym uproszczeniu klonowanie polega na produkcji jednego lub kilku zwierząt genetycznie identycznych ze zwierzęciem macierzystym. Termin jest dość szeroki i obejmuje trzy techniki, które w znacznym stopniu różnią się od siebie, zaś ich cele są całkiem odmienne. Większość ludzi odnosi się do klonowania dość sceptycznie, mając w pamięci niezliczone filmy i książki grozy. Rzeczywistość okazuje się jednak bardziej skomplikowana i zaskakująca niż filmy, a potencjalne korzyści płynące z różnych technik klonowania zdają się być olbrzymie (jak choćby możliwość klonowania wymarłych gatunków).
· Klonowanie embrionalne
· Klonowanie reproduktywne (dorosłych osobników)
· Klonowanie terapeutyczne (organów)
KLONOWANIE EMBRIONALNE
Technika medyczna, w wyniku której powstają identyczne dwojaczki, trojaczki itd. Z embriona pobieranych jest kilka komórek, które (każda osobno) rozwijają się w jego kopię. W ten prosty sposób powstają tzw. Wieloraczki, które mają identyczny kod DNA. Do tej pory tego typu eksperymenty wykonywane były na różnych gatunkach zwierząt. Na ludzkich embrionach odbyło się niewiele doświadczeń, ale przecież technicznie zabieg taki niczym nie odbiega od eksperymentów na zwierzętach. Klonowanie embrionalne możnaby nazwać sztucznym procesem tworzenia bliźniaków, gdyż mechanizm jest praktycznie identyczny z naturalnym. Średnio 1 na 75 ludzkich embrionów w sposób samoistny rozpada się na dwie lub więcej części (czasami nawet na 6 lub więcej, o czym zwykle radośnie zawiadamia nas telewizja), a obdarowani przez naturę rodzice mogą cieszyć się powstałymi w „normalny sposób” klonami. Czy sztucznie wyprodukowane bliźniak czymś się różni od urodzonego naturalnie? To pytanie raczej natury moralno – religijnej niż naukowej, gdyż z technicznego punktu widzenia sztucznie stworzony klon jest pełnoprawnym człowiekiem i nikt nie ma prawa kwestionować jego przynależności do naszej rasy.
Jak to się robi?
Klonowanie embrionalne człowieka przebiega następująco. Komórka jajowa łączona jest w szklanej zlewce z plemnikiem. Następnie zygota, czyli zapłodnione jajeczko, z czasem rozwija się w blastulę (sferę zbudowaną z komórek). Zygota dzieli się najpierw na 2 części, potem na 4, na 8 i tak dalej. Do zlewki dodawany jest specjalny preparat chemiczny, który rozpuszcza powłokę spajającą komórki. Przy okazji płyn dostarcza im elementów odżywczych, które sprzyjają dzieleniu się komórki. Po pozbyciu się powłoki zygota dzielona jest na pojedyncze komórki, z których każda umieszczana jest w osobnej zlewce. Następnie w sposób sztuczny odtwarzana jest powłoka ochronna zdjęta wcześniej, zaś komórce pozwala się rosnąć i dzielić w normalny sposób. Podczas eksperymentu na ludzkim embrionie celowo użyto wadliwej komórki rozrodczej. Uzyskane klony rozwinęły się do postaci 32 komórek, a następnie obumarły. Gdyby jednak użyta komórka była sprawna, z pewnością rozwinęłaby się w płody ludzkie. Wadliwej komórki użyto z powodów etycznych.
Historia badań
Eksperymenty z klonowaniem embrionalnym przeprowadzane były na myszach od końca lat 70. Na innych zwierzętach szereg badań przeprowadzono w latach 80. Uzyskane sklonowane embriony umieszczano w łonie matki tak, by rozwinęły się w nowy organizm. Niestety, zarówno w Stanach Zjednoczonych, jak i w wielu innych krajach, zabroniono wszelkich eksperymentów na ludzkich embrionach, głównie za sprawą protestów fanatycznych grup religijnych walczących przedtem nie mniej zajadle o odebranie kobietom prawa do aborcji. Zarówno za kadencji Regana, jak i Busha (starego) badania na ludziach były zakazane. Dopiero Bill Clinton zniósł ten przepis (...).
Przez kilkanaście lat proces klonowania embrionalnego z powodzeniem był wykorzystywany między innymi na owcach i bydle. Ciężko określić, kto pierwszy spróbował sklonować embrion ludzki, gdyż ze względu na prawo eksperyment ten przebiegał w tajemnicy. Jednak oficjalnie po raz pierwszy dokonał tego Robert J. Stillman wraz ze swoim zespołem z Centrum Medycznego im. George’a Washingtona w Waszyngtonie DC. Naukowcy wzięli 17 uszkodzonych embrionów, które i tak umarłyby w przeciągu kilku dni niezależnie od tego, co by z nimi zrobiono. W każdym razie żadna z komórek nie miała szans rozwinąć się w płód. Eksperyment powiódł się, uzyskano z każdej komórki jednego lub więcej klonów. Jak się zdaje, głównym zamierzeniem autorów doświadczenia było ściągnięcie uwagi społeczeństwa na problem klonowania ludzi.
Obecnie dopuszczalne jest eksperymentowanie na embrionach ludzkich (ich duże zapasy są efektem wielu lat stosowania techniki in vitro) do 18 dnia ich życia. Liczba ta wynika z faktu, iż właśnie około 18 dnia rozpoczyna się produkcja układu nerwowego embrionu (...).
KLONOWANIE REPRODUKTYWNE (DOROSŁYCH OSOBNIKÓW)
Technika ta stosowana jest, by otrzymać replikę żyjącego już zwierzęcia (lub człowieka). Wykorzystano ją już do klonowania owiec i innych ssaków. Jak na razie nie przeprowadzano żadnego potwierdzonego eksperymentu na ludziach, choć krążą pogłoski, że niejaki dr Severino Aninori już usiłował to zrobić. Gdyby eksperyment się powiódł, otrzymałby klona (bliźniaka) już istniejącej osoby. Niestety istnieje spore ryzyko, że cały proces może spowodować poważne defekty u stworzonego embriona.
Jak to się robi?
Poza komórkami rozrodczymi (plemnik, jajeczko), każda komórka posiada pełen zestaw informacji zapisanych w kodzie DNA, by móc odtworzyć na ich podstawie kompletny organizm identyczny ze wzorcem. Dzięki skomplikowanemu systemowi chemicznych substancji organizm ogranicza funkcje każdej komórki do pożądanych (inne funkcje mają komórki nerwowe, a inne np. komórki mięśni). Do niedawna nikt nie wierzył, że te „chemiczne pęta” da się zlikwidować i zmusić tym samym komórkę do zachowań innych niż te, które wykonywała od zawsze. A jednak udało się! Słynny już eksperyment, który dał światu owieczkę Dolly, przebiegał następująco. Od 6-letniej owcy pobrano DNA i zastąpiono nim oryginalne DNA jajeczka owcy. Do rozwoju jajeczko pobudzane było impulsami elektrycznymi. Z 277 prób wymuszenia podziału powiodło się tylko 29. Embriony wszczepiono owcom – nosicielkom – 13 z nich faktycznie zaszło w ciążę, jednak tylko jednej z nich udało się ją donosić. Niektórzy naukowcy twierdzili, że ponieważ Dolly powstała z 6-letniej komórki (a raczej kodu DNA), jej okres życia może ulec skróceniu ze standardowych 11 lat do 5. Nic takiego jednak nie nastąpiło – Dolly ma teraz 7 lat i miewa się dobrze.
Historia badań
1997 – Dr Ian Wilmut z Uniwersytetu w Roslin w Szkocji klonuje owieczkę Dolly. Od tego czasu w instytucie sklonowano 7 innych owiec 3 różnych ras. Przypuszczalnie metodą szkockich naukowców można bez problemu klonować również inne ssaki, a może nawet ludzi.
1998 – Dr Ryuzo Yanagimachi z Uniwersytetu Hawajskiego sklonował 22 myszy. Niektóre z nich to klony klonów. W tym samym roku badacze z Kinki University w Nara (...) wyklonowali 8 cielaków z jednego DNA krowy, z czego 4 przeżyły pierwsze tygodnie życia. Niedługo też trzeba było czekać na pierwszą próbę na ludziach. W grudniu 1998 naukowcy Kim Seug-bo i Lee Bo-yeon z Korei ogłosili, iż udało im się sklonować człowieka. DNA 30-letniej kobiety umieszczono w jej jajeczku. Koreańczycy odczekali, aż embrion podzieli się na 4 części. Na tym etapie embrion powinien zostać wszczepiony matce-nosicielce, jednak badacze nie zrobili tego, tłumacząc się innymi celami doświadczenia oraz wątpliwościami moralnymi.
2000 – do końca tysiąclecia udało się sklonować 8 gatunków zwierząt, między innymi myszy, krowy, rezusy (małpy), owce, świnie i szczury. W wyniku eksperymentów powstało od 3000 do 5000 sklonowanych osobników. Przy okazji natrafiono na problemy: losowo występujące błędy w uzyskanym kodzie prawdopodobnie spowodowane morderczym tempem, w jakim komórka musi przeprogramować się do swojej nowej roli. (...)
KLONOWANIE TERAPEUTYCZNE (ORGANÓW)
Technika, której pierwsze etapy są identyczne jak w przypadku klonowania reproduktywnego. Celem jest jednak nie wyklonowanie całego osobnika, a zmuszenie komórek do rozwinięcia się w konkretny organ, który potem może być wszczepiony osobie, która była dawcą komórek. To znacznie lepsza technika niż przeszczepianie organów od innych osób, gdyż chory dostaje organ identyczny z własnym, zaś ryzyko odrzucenia jest nikłe. Poza tym technika ta daje możliwość klonowania dowolnej ilości organów, co zlikwidowałoby skutecznie kolejki chorych czekających na przeszczep.
Jak to się robi?
Od dowolnej kobiety pobierane jest jajeczko, jego DNA zastępowane jest DNA chorego. Następnie komórka pobudzana jest impulsem elektrycznym do rozwoju. Gdy embrion dostatecznie się rozwinie, pobierane są z niego specjalne komórki, hemocytoblasty, które mogą rozwinąć się w dowolny organ ludzkiego ciała. Po odczekaniu stosownego czasu organ gotowy jest do przeszczepu. Jak dotąd żadnej klinice nie udało się przeprowadzić procesu w całości, ale to już tylko kwestia czasu. (...)
Bibliografia:
1.) Fantasy 1/’03
2.) http://www.biotech.univ.gda.pl
3.) http://www.biotechnologia.com.pl
4.) http://www.infogmo.edu.pl
Biotechnologia.
Klonowanie
Czy można sklonować człowieka? Z punktu widzenia biochemii człowiek nie różni się od osy, krowy świni, myszy czy kota, które udało się już klonować. Zapaleńcy tacy jak embriolog Severino Antinori nie widzą, więc przeszkód.
Istnieją jednak liczne przeszkody. Nie tylko etyczne (klon matki nie byłby przecież spokrewniony z ojcem), ale także techniczne,(Dolly była jedyną udaną próbą spośród 277 i choć wygląda i zachowuje się normalnie jest na przykład genetycznie starsza niż wynika to z jej daty urodzenia Entuzjazm związany z klonowaniem mogą studzić także doniesienia o złym stanie zdrowia klonów(często o otyłości, upośledzonym układzie odpornościowym) i niedawno opublikowane dane, z których wynika, że klony żyją krócej).Jest jeszcze jeden problem, mianowicie z naukowego punktu widzenia klonowanie niczego nie wnosi do naszej wiedzy, a osobowości i tak nie da się klonować.
Żywność modyfikowana genetycznie
Żywność modyfikowana genetycznie pojawia się w sklepach czy tego chcemy czy nie. Problem dotyczy głównie roślin. Po co im mieszać w genach? Płynie jednak z tego wiele pożytku.
Dzięki wprowadzeniu do komórek rośliny genu produkującego toksynę przeciw szkodnikom uzyskujemy np. odporną na nie kukurydzę. Możemy zmodyfikować roślinę tak, by była niewrażliwa na dany herbicyd. Daje to kontrole nad chwastami- pole można do woli zlewać środkiem chwastobójczym. Możemy też wyprodukować rośliny, które np. mają dłuższy okres przydatności spożycia albo lepiej rosną w ciężkich warunkach, np. na suchej bądź zasolonej glebie. Możemy także wzbogacić rośliny różnymi potrzebnymi człowiekowi substancjami.
Skąd, więc biorą się protesty przeciwników żywność modyfikowana genetycznie? Przyczyną może być na pewno niemożliwość przewidzenia skutków ich zastosowania dla środowiska:, co się np. stanie, gdy gen odporności na herbicydy przeniesie się na chwast, dzikiego kuzyna rośliny uprawnej?
Żywność modyfikowana genetycznie w pytaniach i odpowiedziach
Czym grozi jedzenie roślin modyfikowanych genetycznie?
Żywność modyfikowana genetycznie jest w takim samym stopniu niebezpieczna jak zwykła żywność. Może podobnie wywoływać alergie, jest jednak staranniej badana i testowana.
Czy można zachorować jedząc żywność modyfikowaną genetycznie?
Nie, wszystkie rośliny i zwierzęta, które jemy zawierają DNA i nic nam nie jest, gdy je jemy.
Czy na co dzień spotykamy się z organizmami modyfikowanymi genetycznie?
Tak, wszystkie rośliny i zwierzęta przez tysiące lat poddawane były zmianom metodami tradycyjnej genetyki(krzyżowanie i selekcja)
Jak rozpoznać żywność modyfikowaną genetycznie?
Zgodnie z polskimi przepisami wszystkie produkty zawierające 1% składników modyfikowana genetycznie muszą mieć odpowiednie oznaczenie na etykiecie.
TROCHĘ HISTORII
1973 powstaje pierwszy modyfikowany genetycznie organizm
1986 pierwsza genetycznie modyfikowana roślina (tytoń)
1994 pierwsza genetycznie modyfikowana żywność (pomidor)
1997 Dolly- pierwszy klonowany ssak
2001 pierwsze sklonowane ludzkie zarodki
2002 sekta realian ogłasza sklonowanie dziecka, informacja okazuje się jednak nieprawdziwa
2003 włoski ginekolog Severino Antinori informuje, że trzy kobiety noszą klonowane embriony, poród ma nastąpić już wkrótce
Klonowanie
Klonowanie, stworzenie kopii organizmu wielokomórkowego przez przeniesienie jądra komórki somatycznej jednego osobnika do pozbawionej jądra komórki jajowej innego osobnika. W 1996 po raz pierwszy w historii grupa badaczy pod kierownictwem I. Wilmuta z Roslin Institute w Wielkiej Brytanii sklonowała ssaka - owcę nazwaną imieniem Dolly.
Proces klonowania przebiegał następująco:
1) pobranie komórek somatycznych jednego osobnika, ich hodowla in vitro(tak prowadzona, aby komórki znalazły się w fazie spoczynku);
2) pobranie komórki jajowej innego osobnika, pozbawienie jej jądra komórkowego;
3) elektrofuzja jądra komórki somatycznej z komórką jajową pozbawioną jądra;
4) przejęcie funkcji usuniętego jądra w komórce jajowej przez nowe jądro;
5) mitotyczne podziały komórki jajowej in vitro, powstanie zarodka;
6) wprowadzenie tak powstałego zarodka do macicy innej samicy;
7) powstanie z zarodka owcy będącej kopią genetyczną osobnika, z którego pobrano komórkę somatyczną.
Wkrótce po urodzeniu się Dolly w tym samym laboratorium pomyślnie sklonowano inne jagnięta, które równocześnie były zwięrzętami transgenicznymi (ich materiał genetyczny zawierał geny kodujące ludzkie białka).Modyfikując nieco metodę klonowania owiec, udało się również sklonować myszy (myszkę Cumulina, samca myszy), a także samicę muflona europejskiego (Ovis orientalis musimon).Prowadzi się próby klonowania terapeutycznego u ludzi, które zmierzają do wytworzenia ludzkich zarodków (w stadium blastocysty), będących źródłem leczniczych komórek (komórek macierzystych). W listopadzie 2001 w Scientific American ukazała się wiadomość o pierwszym w historii sklonowaniu ludzkich zarodków. Do ośmiu komórek jajowych wstrzyknięto komórki pęcherzykowe (to występujące w jajowodach komórki odżywiające jaja), w wyniku podziałów trzech z nich powstały zarodki ludzkie - dwa czterokomórkowe i jeden sześciokomórkowy. Nie uzyskano dalszego wzrostu embrionów i spodziewanych blastocyst.
Klonowanie
KLONOWANIE ORGANIZMÓW otrzymywanie identycznych genetycznie organizmów z pojedynczego osobnika; jako metoda rozmnażania wegetatywnego od dawna stosowane w ogrodnictwie — wiele roślin ozdobnych i drzew owocowych to klony, np. wszystkie jabłonie odmiany ‘Mac Intosh’ pochodzą od pojedynczej jabłoni (w której nastąpiła przypadkowa mutacja, korzystna z punktu widzenia hodowcy), posiadają ten sam zestaw genów. W 2. poł. XX w. opracowano technikę klonowania płazów; polegała ona na usunięciu jądra z niezapłodnionej komórki jajowej i wprowadzeniu na jego miejsce diploidalnego jądra z komórki nabłonka (pochodzącej z tego samego osobnika) — tzw. transplantacja jąder; z tak zmienionej komórki jajowej rozwijała się (bez zapłodnienia) kijanka, jej materiał genet. był identyczny z materiałem genet. osobnika rodzicielskiego. Obecnie są opracowywane metody klonowania innych zwierząt, m.in. ssaków, opierają się one gł. na rozdziale wczesnych zarodków (4–8-komórkowych) na komórki; metoda transplantacji jąder w przypadku ssaków jest stosowana od niedawna; jej przykładem jest sklonowanie owcy (1996); metoda ta polega na wprowadzeniu jądra pochodzącego z diploidalnej, dorosłej komórki gruczołu mlekowego owcy do oocytu pozbawionego jądra; otrzymana „zygota” po 6 dniach hodowli in vitro została wprowadzona do macicy zastępczej matki, a po upływie okresu ciąży urodziło się jagnię (owieczka Dolly) posiadające identyczne geny jak jej naturalna matka. Inną metodą k.o. jest wykorzystywanie transformowanych genetycznie fibroblastów płodowych; w ten sposób uzyskano m.in. młode makaki. K.o. znajduje zastosowanie m.in. w hodowli zwierząt, zwł. transgenicznych, w badaniach naukowych.
Klonowanie - co dalej?
Kilka lat temu urodziła się owieczka Dolly - pierwszy ssak stworzony przez naukowców na drodze klonowania, czyli kopiowania materiału genetycznego komórki somatycznej dorosłego organizmu. Od tej pory biologom udało się sklonować inne zwierzęta (np. krowy i kozy) oraz trochę udoskonalić szczegóły techniczne, ale czy naprawdę rozumiemy, na czym polega klonowanie? I czy rzeczywiście chcemy wykorzystać klonowanie w biotechnologii i medycynie?
Klonowanie ciągle jest wielką zagadką biologiczną. Ciągle nie wiemy, dlaczego niektóre gatunki zwierząt są szczególnie oporne na klonowanie. Japońscy naukowcy już dwa lata temu sklonowali myszy, ale do dzisiaj nikomu nie udało się sklonować szczura... Nie mamy też pojęcia, co na poziomie molekularnym dzieje się z klonowanymi genami - przecież komórka jajowa musi je jakoś przeprogramować, żeby mogły pokierować rozwojem zarodka... Naukowcy jeszcze nie rozumieją tych wszystkich zjawisk i dlatego klonowanie zwierząt ciągle ma bardzo niewielką wydajność. Techniczne ulepszanie procesu klonowania odbywa się na oślep i większość osiągnięć wynika ze szczęśliwego zbiegu okoliczności.
Owca Dolly powstała z komórki sztucznie wprowadzonej w tzw. fazę cyklu życiowego - fazę uśpienia, w której komórka przestaje się dzielić. Komórki jajowe też znajdują się w podobnym stadium uśpienia... Ale kilka lat temu Ian Wilmut wcale o tym nie myślał - po prostu bezskutecznie próbował klonować różne komórki i w końcu z rozpaczy wpadł na pomysł, żeby wykorzystać komórki hodowane w pożywce zawierającej mało czynników wzrostowych (takie komórki przestają się dzielić i wycofują się w fazę cyklu życiowego). Tak rozpoczęła się historia klonowania...
Do czego wykorzystamy klonowanie, kiedy prędzej czy później uda się pokonać kłopoty techniczne? Według Iana Wilmuta naukowcy nie zdecydują się w ten sposób leczyć bezpłodności, bo prościej jest udoskonalić już istniejące metody leczenia, które nie budzą takich wątpliwości etycznych (np. ICSI - wstrzyknięcie plemnika do komórki jajowej przy pomocy mikromanipulatora). Czy klonowanie pozwoli przywrócić do życia dziecko, które zginęło w wypadku samochodowym? Też nie: osobowość człowieka nie zależy tylko od genów. Większe znaczenie praktyczne będzie miało klonowanie transgenicznych zwierząt.
Wilmut twierdzi, że klonowanie ludzkich komórek powinno zostać wykorzystane przez lekarzy do produkcji zastępczych narządów, które można byłoby wszczepić pacjentom czekającym np. na przeszczep wątroby albo serca. Narządy stworzone na drodze klonowania nie byłyby odrzucane przez organizm biorcy, bo sklonowana komórka wytwarzałaby dokładnie takie same białka jak organizm, z którego została pobrana. Takie zastępcze narządy byłyby wytwarzane w laboratorium z pojedynczych komórek - oczywiście nie ma mowy o żadnym wytwarzaniu płodów przeznaczonych tylko do pobrania tkanek; wszystko przypominałoby zwykłą hodowlę komórkową. Czy klonowanie ludzkich komórek w celu ratowania życia śmiertelnie chorych pacjentów jest usprawiedliwione moralnie?
Kiedy genetycy lekceważą granice reprodukcji wyznaczone przez prawa natury, narażają na zniszczenie naszą genetyczną encyklopedię, bogactwo naszej naturalnej, biologicznej różnorodności i tworzą coś na wzór "genetycznej zupy". Co to oznacza dla przyszłości naszego ekosystemu, nikt z nas nie wie.
Odkrycie genów
Dziedziczenie cech z pewnością intrygowało naszych przodków już w zamierzchłych czasach. Bogactwo otaczającego ich życia, a więc drzewa rodzące drzewa, ptaki – ptaki i ludzie rodzący nowych ludzi, wszystko to zmuszało ich do zastanawiania się: dlaczego? Dowody ich zdziwienia odnajdujemy dziś w starożytnych mitach. W przeszłości odleglejszej niż mity nasi przodkowie nie tylko dziwili się, ale i eksperymentowali wykorzystując dziedziczenie dla własnych celów. Spadkiem, jaki w efekcie tego otrzymaliśmy, są udomowione rośliny i zwierzęta, które do dziś stanowią dla nas podstawę wyżywienia i wytwarzania odzieży, a także drożdże używane do produkcji chleba, wina i piwa. I w tym dziedzictwie odnajdujemy początki badań (tak, właśnie naukowych badań) w dziedzinie zwanej dzisiaj genetyką.
Z historycznego punktu widzenia, ogromna różnorodność form życia przeszkadzała w odkryciu ogólnych praw biologii, a w szczególności praw dziedziczenia. Niełatwo dostrzec związki łączące drzewo i konia. Wielkie idee dojrzewały powoli, bywało, że o niektórych dobrych pomysłach zapominano, aby odkryć je ponownie setki lat później. W V wieku p.n.e. greccy filozofowie, pomimo silnej presji kulturowej, aby potwierdzić dominację mężczyzn, doszli do wniosku, który dziś wydaje się oczywisty, że obie płcie muszą mieć udział w formowaniu nowego osobnika, ponieważ potomstwo jest podobne do obojga rodziców. Wierzyli również, że ów udział jest rodzajem informacji zebranej z części dojrzałych osobników, by uformować „nasienie” męskie i żeńskie. Demokryt dowodził, że informacja jest przenoszona w postaci cząstek, których kształt, wielkość i wzajemne ułożenie wpływają na cechy potomstwa; jednak nie wszyscy ten pogląd podzielali. Teofrast, uczeń Arystotelesa, jako pierwszy dostrzegł podobieństwa między rozmnażaniem się zwierząt i roślin i zaproponował, by pojęć „męski” i „żeński” („samiec” i „samica”) używać na określenie uczestników rozrodu płciowego.
Poważne badania genetyczne rozpoczęły się w XIX wieku. Badano dziedziczenie zmiennych cech, widocznych na pierwszy rzut oka, na przykład koloru kwiatów groszku czy ludzkich oczu. W wyniku tych badań powstało abstrakcyjne pojęcie niepodzielnego genu jako podstawowej jednostki dziedziczenia. Przypuszczano, że jeden z genów determinuje barwę kwiatu groszku, inny wysokość całej rośliny i tak dalej. Natura genu oraz sposób, w jaki decyduje o określonych cechach, pozostawały całkowicie nie znane.
Badania nad chemiczną istotą genów i mechanizmami rządzącymi dziedziczeniem rozpoczęły się dopiero w połowie XX wieku, kiedy to grzyby, bakterie i wirusy zastąpiły w roli obiektów doświadczalnych rośliny i zwierzęta. To dzięki tym stosunkowo prostym f