Genetyka i jej zastosowanie

Genetyka

To nauka o dziedziczności i zmienności organizmów, które są oparte na informacji zawartej w podstawowych jednostkach dziedziczności - genach. (genom). Słowo genetyka pochodzi z greki: genno γεννώ = dawać życie

Za prekursora genetyki uważa się czeskiego zakonnika Grzegorza Mendla. Sformułował on podstawowe zasady dziedziczności, tak zwane prawa Mendla

Pod nazwą genetyka występuje cała grupa nauk:
- genetyka na poziomie molekularnym - badanie DNA, RNA, mechanizmów transkrypcji itd.
- na poziomie osobników - jak różne geny i interakcje między nimi oddziałują na fenotyp
- na poziomie populacji - genetyka populacyjna

Zastosowanie genetyki

Obecnie genetyka jest nauką posiadającą duże możliwości rozwoju (zastosowanie nowoczesnych technologii), przed którą stoją olbrzymie potrzeby (nowe szczepionki, tworzenie leków białkowych, terapia genowa) oraz obawy związane z brakiem znajomości skutków prowadzonych manipulacji genetycznych. Obawy dotyczą również braku przepisów prawnych ograniczających ingerencję człowieka, ze względu na ryzyko naruszenia równowagi biologicznej w przyrodzie.

Obecnie genetyka ma zastosowanie:

W rolnictwie:
- zwiększanie plonów,
- zwiększanie przeżywalności roślin,
- tworzenie roślin wybujałych (poliploidów),
- tworzenie nowych odmian odpornych na szkodliwe warunki środowiska,
- hodowanie roślin w kierunku pożądanym dla człowieka, np. duże owoce, niskie drzewa, szybko owocujące odmiany.

W hodowli:
- prowadzenie krzyżówek rasotwórczych,
- hodowle użytkowe,
- tworzenie poliploidów zwiększających masę mięsną.

W medycynie:
- prowadzenie poradnictwa prenatalnego,
- genetyka atakujących człowieka wirusów i bakterii w celu tworzenia szczepionek oraz leków,
- produkowanie hormonów (np. insuliny),
- stosowanie terapii genowej.

Inżynieria genetyczna

Zajmuje się wywoływaniem w sposób sztuczny zmian struktury DNA w obrębie jądra komórkowego w celu modyfikacji organizmu lub populacji. Modyfikacje te mają na celu tworzenie nowych produktów z korzyścią dla nauki, rolnictwa, medycyny i przemysłu. Wciąż odkrywane są nowe zastosowania inżynierii genetycznej.

Inżynieria genetyczna określa postępowanie zmierzające do przekształcenia informacji genetycznej poprzez stosowanie technologii. Polega na manipulowaniu materiałem dziedzicznym w celu otrzymania nowych genów, odmian, gatunków. Obecnie inżynieria genetyczna stosuje cały szereg biotechnologii.

Transformacja – polega na przeniesieniu informacji z komórki dawcy do komórki biorcy w postaci wolnego DNA. Informacja pochodzi z nukleoidu bakterii.

Transolukcja – polega na przeniesieniu informacji genetycznej za pośrednictwem bakteriofagów (nazwanych wektorami) z jednej komórki do drugiej.

Rekombinacja – polega na wymianie fragmentów kwasu DNA. Umożliwiają ten proces nukleazy restrykcyjne (enzymy), które rozpoznają specyficzne sekwencje w DNA, tworząc w miejscu wycięcia tzw. lepkie końce, do których wbudowywany jest nowy odcinek DNA przenoszony przy pomocy wektorów (plazmidów, wirusów).

Klonowanie – polega na powieleniu (namnażaniu) identycznych genów, komórek, organizmów, nazywanych klonami.

Plusy i minusy inżynierii genetycznej

PLUSY

1. Produkcja białek - W specjalnie do tego celu stworzonych koloniach bakterii produkuje się białka użyteczne w medycynie, takie jak insulinę dla diabetyków, czy globuliny powodujące krzepliwość krwi u osób cierpiących na hemofilię.

2. Uprawy zmodyfikowane genetycznie - Poprzez wprowadzenie obcego genu do jąder komórkowych niektórych roślin uzyskuje się odmiany o większej odporności na choroby, pestycydy i warunki pogodowe.

3. Modyfikacja organów - Wprowadzanie genów, których zadaniem jest pobudzanie narządów do samodzielnego leczenia się, np. pobudzałyby serce pacjenta wymagające chirurgicznego wszczepienia bajpasów do budowania nowych naczyń krwionośnych.

MINUSY

1. Klonowanie zwierząt - Nazywamy tak hodowlę identycznych genetycznie osobników (klonów). W 1997 r. naukowcy usunęli chromosomy z komórki jajowej jednej owcy i zastąpili je chromosomami z komórki somatycznej innego osobnika. Tak przygotowana komórka jajowa implantowana do macicy owcy pierwszej i po pięciu miesiącach przyszło na świat jagnię o imieniu Dolly. Ten eksperyment udowodnił, że istnieje możliwość wyhodowania złożonego organizmu żywego z pominięciem procesu rozmnażania płciowego, co jest niezgodne z funkcjonowaniem natury i z normami etycznymi.

2. Ataki bioterrorystyczne – Przykładem takich ataków są niedawne ataki bioterrorystyczne w USA i innych krajach. Użycia broni bakteriologicznej zakazano w 1925 r., a produkcji i pozyskiwania bojowych materiałów zakaźnych w 1972. Te konwencje nie są przestrzegane przez wszystkie państwa. Szczególne zagrożenie wynika, gdy korzystają z niej terroryści. Szybki rozwój biotechnologii ułatwia im dostęp do nowych materiałów, mogą modyfikować wirusy i bakterie tak, aby nie działała na nie szczepionka. Oprócz osławionego wąglika są jeszcze gorsze choroby, bo mogące przenieść się między ludźmi, np. dżuma, ospa prawdziwa, wirusy gorączek krwotocznych (ebola, marburg i inne).

3. Terapia genowa - Będzie można wykorzystać ją w celu wyleczenia chorób spowodowanych uszkodzeniem jakiegoś genu, chorób zakaźnych, a nawet nowotworów. Polega ona na wstawieniu, najczęściej poprzez wirusy, prawidłowego genu, który koduje odpowiednie białko. Pierwszą czynnością jest usunięcie z wirusa genów chorobotwórczych, a wstawieniu ludzkich, prawidłowych alleli (odmiany genu). Następnie zarażamy człowieka tym wirusem, najlepiej wstrzyknąć wprost do organu wymagającego terapii, a wirus zakoduje w genotypie człowieka prawidłową informacje. Niestety, ta technika nie jest jeszcze w pełni bezpieczna. Wirus może dokonać zmian w złym miejscu, uszkadzając prawidłowy gen. Eksperci uważają, że jest bardzo małe prawdopodobieństwo, aby tak się stało. Terapia genowa ma już pierwszą ofiarę- Jesse Gelsinger miał mieć wyleczoną wątrobę, jednak po podaniu wirusów, organizm podjął silną walkę z nimi, przez co chłopak zmarł.

Inżynieria jest bardzo obiecującą technologią, jednak trzeba stworzyć normy prawne i społeczne regulującej badania. Należy na nią uważać, ponieważ użyta w celu zdobycia szybkiego zysku jest krótką drogą do stworzenia i pogłębiania 'cywilizacji śmierci'.