Znaczenie genetyki w medycynie, rolnictwie i hodowli uwzględniając inżynierię genetyczną.

Medycyna
Genetyka to nauka o dziedziczeniu mająca na celu wyjaśnienie, na czym polegają i od czego zależą właściwości biologiczne przekazywane potomstwu przez rodziców. Ma ona niebanalny wpływ na inżynierię genetyczną, która zajmuje się ingerencją w materiał genetyczny organizmów w celu zmiany ich właściwości dziedzicznych. Polega ona na wprowadzaniu do komórek organizmu biorcy fragmentów DNA dawcy. Nauka ta została zapoczątkowana w latach 70. XX wieku.
Poznanie specyfiki genetycznej człowieka pozwoliło na określanie sposobu przenoszenia chorób na potomstwo. Niejednokrotnie pary planujące dzieci, chore, lub w których rodzinach pojawiły się przypadki wystąpienia określonego schorzenia chcą uzyskać fachową poradę na temat prawdopodobieństwa przeniesienia choroby genetycznej na potomstwo. W tym celu powstały poradnie genetyczne zajmujące się tego typu doradztwem. Mutacje genetyczne zdarzają się, nawet jeśli w pokoleniach wcześniejszych nie występowały. Można je wykryć już w okresie prenatalnym określając kariotyp płodu. W tym celu, w pierwszym trymestrze ciąży, wykonuje się badanie przesiewowe, które ma na celu stwierdzenie ewentualnych nieprawidłowości w garniturze chromosomowym człowieka. W ten sposób można dostrzec np. trisomię 21. pary chromosomów, która odpowiada za zespół Downa. W przypadku wykrycia choroby u płodu, matka może zadecydować o przerwaniu ciąży. Genetycznie uwarunkowane mogą być również inne groźne choroby niezwiązane z garniturem chromosomowym. Przykładem może być fenyloketonuria, która występuje w przypadku posiadania recesywnego genu K odpowiadającego za jedną z przemian fenyloalaniny, która nieprzetworzona transformuje się do trującego kwasu fenylopirogronowego, który odkładając się w płynie mózgowo-rdzeniowym może prowadzić do zgonu. Aby uniknąć śmierci, już na noworodkach wykonuje się badania genetyczne, mające na celu stwierdzenia obecności lub braku choroby. W próbie stosuje się różnice między prawidłową, a zmutowaną sekwencją nukleotydów. W przypadku jej wystąpienia stosuje się dietę wykluczającą fenyloalaninę.
Inżynieria genetyczna umożliwiła leczenie kolejnej choroby dziedzicznej, jaką jest anemia sierpowata wywołana przez mutację hemoglobiny, przez co erytrocyty mają nienaturalny, sierpowaty kształt i szybko obumierają tworząc zatory i prowadząc do upośledzenia wielu narządów wewnętrznych. Aby temu zapobiec do szpiku kostnego osoby chorej wstrzykuje się komórki osoby zdrowej, co ma spowodować produkcję prawidłowych krwinek.
Dzięki poznaniu specyfiki zmutowanego genu BRCA1, powodującego raka piersi, naukowcom udało się opracować sposób na jego zwalczanie – podanie cis-platyny. Odkrycia tego dokonali polscy naukowcy, spowodowało ono kompletną, bądź prawie kompletną remisję choroby i zniknięcie guzów. Niestety odkrycie jest zbyt „świeże”, by stosować je w standardowym leczeniu nowotworu.
Jeszcze nie tak dawno temu wiedza, który organ najpierw został zaatakowany przez dany nowotwór, była podstawowym czynnikiem w precyzyjnym dobieraniu odpowiedniego sposobu leczenia. Ale do czasu. Postępy w badaniach i lepsze rozumienie raka na poziomie molekularnym doprowadziły do tego, że lekarze radzą sobie dużo lepiej w doborze medykamentów, które w skuteczny sposób pomagają pacjentom. Aby to uczynić, specjaliści muszą jednak określić, jakie genetyczne mutacje wpływają na rozwój nowotworu. Zagłębiają się w więc dokładnie w genomikę raka. Postępy w medycynie i inżynierii genetycznej dają im bowiem większą szansę na odpowiednio dobrane leczenie, co jest punktem kluczowym, zwłaszcza w przypadkach, w których możliwe jest pełne wyzdrowienie.
Dzięki odkryciom w dziedzinie genetyki wiele bezpłodnych par pragnących mieć potomka, może zastosować metodę in vitro, dzięki którym kobieta może zajść w ciążę i przekazać swoje cechy dziecku.
Dzięki genetyce możliwa jest produkcja białek enzymatycznych i hormonów, które wcześniej można było pozyskiwać wyłącznie od ludzi i zwierząt. Genetyka rozwiązała ten problem, poznając ich budowę i odkrywając możliwości klonowania. Przykładem może być insulina, która kiedyś była pozyskiwana z trzustek zwierząt rzeźnych, gdyż proces jej produkcji przebiega podobnie u wszystkich ssaków. Różniły się one jednak kilkoma aminokwasami, co mogło wywoływać niepożądane efekty kuracji. Obecnie produkuje się ją przy pomocy bakterii Escherichia coli. Istnieją również inne bakterie, dzięki którym możliwe jest wytworzenie m.in. czynników krzepliwości krwi, przez co możliwe jest leczenie hemofilii, które to wcześniej pobierano z krwi ochotników, co czasem kończyło się spowodowaniem zakażenia AIDS. Rozpoznano również częściowo DNA AIDS, co umożliwia wykonywanie badań na obecność choroby w organizmie człowieka. Badania nad bakteriami chorobotwórczymi pozwalają tworzyć antybiotyki i odpowiednio dobierać je w przypadku z zetknięciem się zarówno tych mniej, jak i bardziej odpornych osobników.
Hodowla
Genetyka nie znalazła zastosowania jedynie w dziedzinie medycyny. Również dla hodowli zwierząt jest ona bardzo ważna. Jakiś czas temu, aby uzyskać osobniki o wybranych cechach krzyżowano wybrane ze sobą, tak by uzyskać jak najlepszy efekt, z kolei tych o niekorzystnych parametrach nie dopuszcza się do rozrodu, by wyeliminować z populacji owe cechy. Takie działanie nazywamy selekcją sztuczną. Później zauważono jednak, że hodowla w odpowiednich, ściśle kontrolowanych warunkach daje lepsze rezultaty. Zwierzęta chowie się wyodrębniając rasy, po czym krzyżuje ze sobą, by otrzymać lepszą przeżywalność, czy szybkość wzrostu. Dzięki inżynierii genetycznej możliwe było również „wyprodukowanie” osobników o zwiększonej odporności na najczęstsze choroby rasy.
Inżynieria genetyczna wprowadziła termin zwierząt transgenicznych, których DNA zostało zmienione w celu uzyskania pożądanego efektu fenotypowego. Są one przydatne w wielu badaniach naukowych i medycznych, mogą one również produkować białka, czy hormony identyczne z ludzkimi. Przykłady takich zwierząt to m.in. myszy, których odporność osłabia się, by sprawdzić toksyczność leków, czy muszki owocowe, które biorą udział w badaniach nad czynnikami kancerogennymi również dla człowieka.
Rolnictwo
Modyfikacja roślin polega przede wszystkim na wprowadzeniu lub usunięciu z nich określonych genów. Jeżeli wymiana genów zachodzi w obrębie jednego gatunku mówimy o organizmach modyfikowanych genetycznie, z kolei jeśli dokonuje się tego między osobnikami niespokrewnionymi mamy do czynienia z organizmami transgenicznymi, a przenoszony gen to tzw. transgen.
Istnieje kilka typów modyfikacji roślin. Jednym z nich jest odporność na herbicydy, czyli chemiczne, chwastobójcze środki ochrony roślin. Jest to najpowszechniejsza modyfikacja roślin. Uzyskiwana odporność pozwala na stosowanie herbicydu, bez obawy o zniszczenie upraw. Modyfikowana roślina posiada albo zupełnie nowe, albo dodatkowe kopie obecnego już w niej genu, który odpowiedzialny jest za wytwarzanie enzymów rozkładających herbicydy. Kolejnym typem modyfikacji jest ta, by zwiększyć odporność na choroby powodowane przez grzyby, wirusy i bakterie. W tym celu do rośliny wprowadza się transgen kodujący enzymy takie jak hitynaza i glukaznaza, które niszczą ścianę komórkową grzybów i bakterii. Z kolei odporność na wirusy otrzymuje się poprzez wprowadzenie do rosliny genów białek płaszcza (kapsydu) danego wirusa, a także jego enzymów: replikazy i proteazy. Trzecia modyfikacja to ta mająca na celu uodpornienie roślin na owady. W tym celu do organizmu wprowadza się gen Bt uzyskiwany z bakterii, który koduje specyficzne białko toksyczne dla owadów. Szkodnik po zjedzeniu komórek rośliny umiera. Uodparnia się je również na niekorzystne warunki środowiska takie jak zbyt niską, bądź zbyt wysoką temperaturę, suszę, zasolenie gleby, zanieczyszczenie środowiska, czy nadmierne promieniowanie. Poprawia się również cechy jakościowe roślin, tj. zwiększa się zawartość suchej masy, zwiększenie trwałości przez opóźnienie dojrzewania, usuwanie substancji alergizujących oraz zmiany intensywności i odcienia zabarwienia.
Przykłady roślin transgenicznych, jakimi możemy się posłużyć to m.in. soja o obniżonej zawartości oleju palmitynowego, rzepak odporny na herbicydy, kukurydza jako źródło żelaza, pomidory o bardziej intensywnej barwie i cieńszej skórce, ziemniaki o zwiększonej zawartości skrobii, sałata produkująca szczepionkę na zapalenie wątroby typu B, czy winogrona bezpestkowe.
Obecnie w mediach toczą się spory na temat szkodliwości żywności modyfikowanej genetycznie (GMO). Zwolennicy GMO wspominają o łatwości upraw roślin w niekorzystnych warunkach klimatycznych oraz tam, gdzie poziom próchniczy gleby jest niski. Jako zaletę wymieniają również brak konieczności stosowania nawozów sztucznych, które nie tylko podnoszą koszty upraw, ale także poważnie zatruwają nie tylko gleby, ale i wody gruntowe. GMO to także lepsze walory smakowe i zapachowe produktów oraz ich przedłużona trwałość i ułatwienie składowania owoców i warzyw, które dłużej pozostają świeże, ma to duże znaczenie w transporcie, gdy niejednokrotnie żywność przemierza pół świata, by dotrzeć do lokalnego sklepiku. Dzięki modyfikacji rośliny ozdobne mają intensywniejszą barwę, nowe kolory i lepszy zapach, a niektóre z nich wykorzystuje się do produkcji biopaliw. Z kolei przeciwnicy zmian w genomie organizmów alarmują, że nie jest zbadany długofalowy skutek spożywania genetycznie modyfikowanej żywności, gdyż na razie naukowcy nie wykryli niekorzystnego wpływu przyjmowania jednego typu organizmu zmienionego, więc nie wiadomo, co działoby się, gdyby w diecie pojawiło się ich więcej. GMO posiadają geny zwiększające produkcję białek odpowiadających za odporność rośliny, na co wielu ludzi jest uczulonych, przez co ryzyko alergii wzrasta. Geny te mogą być również przekazywane blisko rosnącym, dzikim, spokrewnionym z nimi roślinom, przez co cechy odporności na środki chwastobójcze mogą otrzymać same chwasty, do których usunięcia potrzebny będzie duży nakład środków toksycznych. Sadzonki organizmów transgenicznych są droższe, zatem krajów biedniejszych może nie być stać na uprawy tego typu, zwłaszcza, że z braku funduszy nie stosują one pestycydów i innych chemicznych środków chroniących. Przeciwnicy GMO wspominają również o bardzo ważnym aspekcie, jakim jest wartość odżywcza takich produktów, gdyż wiadomo, iż jest ona mniejsza niż w przypadku uprawy ekologicznej.
Jak widać genetyka, a właściwie inżynieria genetyczna ma bardzo duży wpływ na nasze życie. Istnieją zwolennicy i przeciwnicy jej stosowania. Moim zdaniem wady genetycznie modyfikowanej żywności, nie mogą przyćmić wszystkiego, co daje nam genetyka, gdyż jest to nie tylko zmniejszanie kosztów żywności, która z dnia na dzień staje się coraz droższa, ale również ratowanie ludzkiego życia, które jest wartością najwyższą.