Inżynieria genetyczna
Inżynieria genetyczna – jest przykładem dziedziny badawczej wykorzystującej genetykę molekularną. Jest nowa gałąź nauki, która ma przed sobą ogromna przyszłość i nieograniczone możliwości. Inżynieria genetyczna ma na celu modyfikacje DNA organizmów, wprowadzenie do nich nowych genów (rekombinacja) i otrzymanie dzięki ich ekspansji nowych produktów. Biologia zmienia swe oblicze, z tradycyjnej nauki zajmującej się opisem budowy i działania żywych organizmów staje się dyscypliną manipulującą ich dziedzicznymi cechami. Inżynierów interesują skutki, jakie wywierają zmiany w strukturze białka, regionie regulatorowym lub w organizacji genomu na właściwości całych komórek i organizmów. W ten sposób można lepiej poznać fizjologię stanów normalnych i chorobowych.
Powstanie tej nauki nie byłoby możliwe gdyby nie rewolucja w biologii, która wydarzyła się w połowie lat siedemdziesiątych zeszłego stulecia. Rozwój technologii sztucznej rekombinacji DNA umożliwił nowe podejście do rozwiązania problemów badawczych w biologii. Technologia ta była przełomem nie tylko w genetyce, ale i w badaniach nad rozwojem organizmu i ewolucjonizmem. A wszystko zaczęło się od pierwszych badań nad genetyką bakterii i wirusów bakteryjnych.
Na początku lat siedemdziesiątych, gdy nawa technologia była dopiero wprowadzana, wielu uczonych obawiało się, że jej niewłaściwe może przynieść poważne szkody. Szczególnie wizja wyprodukowania organizmu, który miałby szkodliwy wpływ na środowisko. Dlatego uczeni nalegali na opracowanie szczegółowych i ścisłych przepisów, aby uczynić tą naukę bezpieczną. Dlatego doświadczenia, w których prowadzone są ryzykowne procedury, przeprowadzane są w specjalnych pomieszczeniach laboratoryjnych zaprojektowanych w ten sposób, aby uniemożliwić wydostanie się niebezpiecznych chorobotwórczych zarazków oraz zapewnić bezpieczeństwo pracownikom.
Podstawą inżynierii genetycznej jest podział DNA a następnie połączenie go z innych cząsteczek DNA lub wymianę jednych fragmentów na inne. Te czynności nie byłyby możliwe gdyby nie specjalne enzymy pochodzące od bakterii. Enzymy restrykcyjne są najważniejszym „narzędziem” badacza. Przecinają one DNA w obszarach, w których występują specyficzne sekwencje zasad. Bakterie wykorzystują ten enzym do obrony przed wnikającym DNA bakteriofagi, rozcina go i unieszkodliwia. Uczeni znają każdy z enzymów i mogą dzielić chromosomy w sposób kontrolowany. Fragmenty DNA powstałe w wyniku działania takich enzymów wyposażone są w jednoniciowe końce nazwane „lepkimi końcami” Mogą się łączyć z fragmentami innych DNA poddanych działaniu tego samego enzymu. W chwili połączenia i poddaniu działaniu enzymu ligazy DNA, powstaje stabilny zrekombinowany DNA.
Otrzymanie większej ilości specyficznego fragmentu DNA polega najpierw na pobraniu z organizmu i przecięciu enzymem a następnie wstawienia do „wektora”. Wektor to najczęściej DNA wirusa pasożytującego na bakteriach lub specjalnych cząsteczek DNA zwane Plazmidami. Plazmidy to małe koliste cząsteczki DNA w komórce bakteryjnej, które mogą się replikować. Więc połączony DNA wirusa lub cześć bakterii z innym fragmentem materiału genetycznego namarza się wykorzystując mechanizm pasożytnictwa wirusów lub właściwości plazmid(mogą przyłączać polimeraze DNA) Wektory wirusowe używane są także przy wprowadzenia zrekombinowanego DNA do komórek ssaków. Innymi metodami wprowadzania DNA jest bezpośredniego wstrzyknięciu do jądra komórkowego lub wykorzystanie zdolności komórek do pobierania DNA zaddsorbowanego na powierzchni kryształów fosforanu wapniowego.
Oczywiście wyselekcjonowanie specyficznego fragmentu DNA przypomina ”szukanie igły w stogu siana” i wymaga szczególnie czułych metod identyfikacji
Polega to na długich i skomplikowanych działaniach, które spróbujemy przystępnie wyjaśnić
1. Tworzy się bank genowy.
Rozcina się DNA za pomocą enzymów restrykcyjnych i miesza się z plazmidami. Te namnażają się przy pomocy komórek E. coli, która jest wrażliwa na antybiotyk. Następnie hodowane są na pożywce z tym antybiotykiem i wyrastają tylko te z plazmidami(w nich znajduje się gen odpornościowy na antybiotyk). Hodowla przenoszona jest na zwykłą pożywkę tworząc kolonie zawierające identycznie zrekombinowane plazmidy.
2. Następnie należy ustalić spośród wielu koloni gdzie jest interesujący nas fragment DNA.
Stosuje się do tego sondy genetyczne, czyli wyznakowany radioaktywnie fragment RNA lub jednonicowy DNA. O sekwencji komplementarnej do jednej z nici poszukiwanego genu. Ta sonda łączy się z naszym DNA. Kolonia staje się radioaktywna, co wykrywa klisza rentgenowska.
Komórki tej koloni hoduje się i wyodrębnia się z nich plazmidowy DNA.
3. Istnieje jeszcze biblioteka cDNA, która składa się z fragmentów komplementarnych do mRNA i nie zawiera intronów.
cDNA jest to DNA powstałe w czasie odwrotnej transkrypcji z mRNA. Ta biblioteka jest bardzo ważna, jeśli trzeba wyprodukować białko eurokariotyczne w komórkach, które nie są w stanie usuwać intronów. W przeciwnym razie bakteria będzie syntetyzować funkcjonalne białko.
Przedstawione metody są bardzo czasochłonne i wymagają próbki odpowiedniego DNA. Inna metodą jest Reakcja Łańcuchowa Polimerazy jest to szybsza metoda namnażania małych próbek DNA. Konkretne sekwencje DNA można za pomocą polimerazy można zreplikować w próbówce a następnie ogrzewając roztwór oddzielić.
Po takim sklonowaniu poszukiwanego fragmentu DNA robi się mapę restrykcyjną, aby wiedzieć gdzie dzielono, służy to kolejnym badaniom.
Zastosowanie:
- Medycyna
- Rolnictwo
- kryminalistyka, sądownictwo
- badania wykopalisk (archeologia)
- ustalanie pokrewieństwa między różnymi gatunkami (ewolucja)
- manipulacje poprawcze polegające na stworzeniu czegoś piękniejszego, bardziej inteligentnego.
- Odradzanie lub zapobieganie wyginięciu niektórych gatunków zwierząt
- Klonowanie
Zwolennicy mają nadzieję, że przyniesie ona wiele rozwiązań, jeśli chodzi o choroby, na które nie ma jeszcze lekarstwa i nie znamy ich etiologii. Przeciwnicy natomiast bardzo krytykują wszelkiego rodzaju klonowania jak również wiele emocji budzi produkcja żywności transgenicznej
WADY:
Organizmy transgeniczne mogą się same mutować i rozmnażać z innymi organizmami, przemieszczać się.
Mutacje mogą być niestabilne i prowadzić do odmiennych skutków
Stanowią ryzyko dla ludzkiego zdrowia. Nieznany jest wpływ genów bakterii, szczurów czy skorpionów na nasz organizm. Wiele ludzi jest uczulonych na proteiny, których liczba jest większa w zmodyfikowanych roślinach.
Mogą zmienić środowisko. Geny odporności na działanie pestycydów mogą przekształcić rośliny i owady w odporne organizmy. Produkcja toksyn owadobójczych może doprowadzić do śmierci ptaków i motyli.
ZALETY:
Produkcja leków i szczepionek
Terapia genowa
Zwiększenie wydajności roślin i zwierząt
Możliwość odnowienia gatunków, które wyginęły.
Hodowla zwierząt i roślin produkujących lekarstwa