RekonHkkmwESm

Zdjęcie przedstawia ludzkie dłonie, ubrane w lateksowe różowe rękawice. W lewej dłoni znajduje się czerwony, okrągły pomidor z zielonym końcem o promienistym kształcie. W prawej dłoni znajduje się strzykawka z miarką. Za pomocą ukłucia igłą pomidor zostaje zmodyfikowany genetycznie. Strzykawka jest instrumentem medycznym z pojemnikiem z podziałką i tłokiem, służący do wykonywania zastrzyków lub do pobierania płynów ustrojowych. Jest wykonana z tworzywa sztucznego, ma kolor biały. Cyfry na miarce są koloru czarnego.

Biotechnologia jest interdyscyplinarną dziedziną nauki wykorzystującą metody inżynierii genetycznej w celu uzyskania genetycznie zmodyfikowanych organizmówGMOgenetycznie zmodyfikowanych organizmów (ang. genetically modified organism – GMO). Metody te polegają na rekombinacji DNA z użyciem nośników, tzw. wektorów (m.in. wirusowych, plazmidowych), na włączaniu materiału genetycznego przygotowanego poza organizmem (np. poprzez zastosowanie mikroiniekcjimikroiniekcjamikroiniekcji) lub na łączeniu materiału genetycznego dwóch komórek pochodzących od różnych gatunków, który może być przekazywany komórkom potomnym.

W procesie nazywanym ekspresją genów zawarta w nich informacja genetyczna zostaje odczytana i przepisana na białka lub RNA. Metody inżynierii genetycznej prowadzą do zmiany ekspresji genów na dwa sposoby. Po pierwsze, wprowadzenie dodatkowej kopii genu (występującego u danego gatunku) powoduje zwielokrotnienie pożądanej cechy, po drugie, wprowadzenie genu innego gatunku pozwala uzyskać nowe cechy, niewystępujące naturalnie u danych organizmów (w ten sposób powstają organizmy transgeniczneorganizmy transgeniczneorganizmy transgeniczne).

Genetycznie zmodyfikowane organizmy wykorzystywane są m.in. w badaniach biologicznych oraz medycynie molekularnej. Ich zastosowanie jest szczególnie ważne w badaniach nad nowotworami, chorobami dziedzicznymi oraz zakaźnymi.

Wśród metod umożliwiających wprowadzenie obcego DNA do genomu gospodarza wyróżnia się metodę wektorową oraz metody bezwektorowe.

Metoda knock‑outknock‑outknock‑out polega na usunięciu określonej sekwencji z chromosomalnego DNA, czego konsekwencją jest brak syntezy kodowanego przez ten gen białka. W wyniku usunięcia tej sekwencji w komórkach embrionalnych uzyskuje się organizm pozbawiony cechy kodowanej przez ten gen.

Za pomocą elektroporacjielektroporacjaelektroporacji przygotowany fragment DNA zostaje wprowadzony do modyfikowanych komórek macierzystychmacierzyste komórkikomórek macierzystych (punkt 2. na schemacie), w których następuje wyłączenie genu – knock‑out (punkt 3. na schemacie). Zmodyfikowane komórki, w których badany gen został wyłączony, są namnażane, a następnie wprowadzane do blastocysty (punkt 4.). Blastocysta wprowadzana jest do macicy matki zastępczej (punkt 5.). Połączenie komórek zmodyfikowanych genetycznie z komórkami zarodka skutkuje powstaniem chimerychimerachimery (punkt 6.). Taki organizm składa się zarówno z komórek zmodyfikowanych, jak i niezmodyfikowanych genetycznie.

W kolejnym pokoleniu, w przypadku gdy to komórki ze zmienionym (wyłączonym)  genem dają początek komórkom rozrodczym, potomstwo powstałe z połączenia tych komórek jest heterozygotyczne (punkt 8. na schemacie). Krzyżując ze sobą dwa osobniki heterozygotyczne można otrzymać potomstwo homozygotyczne z całkowicie wyłączonym gen na obu chromosomach homologicznych (punkt 9.), czyli tzw. zwierzęta knock‑out.

Metoda knock‑out wykorzystywana jest głównie do poznawania funkcji genów poprzez analizę skutków ich wyłączenia. Zwierzęta knock‑out (np. myszy) są przydatne m.in. w badaniach z zakresu genetyki rozwoju oraz jako zwierzęce modele chorób genetycznych u człowieka.

Istotą badań podstawowych jest wzbogacanie wiedzy z danej dziedziny lub dyscypliny oraz formułowanie ogólnych praw nauki. Dla takich celów prowadzi się prace eksperymentalne lub teoretyczne bazujące na dotychczasowych uogólnieniach. Na ich podstawie konstruowany jest problem badawczy, który następnie podlega wyjaśnieniom teoretycznym. Rozważania prowadzą do nowych hipotez, weryfikowanych w sposób empiryczny (doświadczalny). Uzyskane wyniki umożliwiają tworzenie nowych teorii i tym samym poszerzenie bazy wiedzy stanowiącej podstawę do formułowania kolejnych problemów badawczych. W wyniku badań podstawowych uzyskuje się odpowiedzi na pytania: „Co? Jak? Dlaczego?” oraz „Jakie procesy/zależności występują pomiędzy zjawiskami?”.  Wykorzystanie zdobytej podczas badań podstawowych wiedzy nie jest nastawione na bezpośrednie zastosowanie komercyjne.

Organizmy modyfikowane genetycznie wykorzystywane do badań podstawowych to: muszki owocowe, szczury, króliki, kury i – najczęściej – myszy. Zwierzęta te mają najwięcej wspólnych cech (genetycznych, anatomicznych i fizjologicznych) z człowiekiem. Dlatego możliwe jest poznanie mechanizmów molekularnych zachodzących w zdrowym organizmie, podczas chorób oraz w okresie rozwoju różnych układów, np. nerwowego, a następnie wykorzystanie tej wiedzy w odniesieniu do człowieka.

Transgeniczne muszki owocowe, w których komórkach dany gen został wyciszony, wykorzystywane są do badań funkcjonalnych – np. do badań neurobiologicznych nad chorobą Parkinsona i chorobą Alzheimera. Podobnie zmodyfikowane genetycznie rośliny są modelem umożliwiającym badania nad funkcją genów.

R1COoqqrRW7Yw

Zdjęcie przedstawia trzy, białe, genetycznie zmodyfikowane myszy. Myszy mają świecące oczy, uszy, noski i ogony. Zależnie od wyprowadzonych zmodyfikowanych genów mają świecące elementy ciała w kolorze zielonym lub czerwonym. Dwie myszy świecą w ciemności kolorem zielonym a jedna czerwonym. Na zdjęciu transgeniczne myszy posiadają gen pochodzący z meduzy (Aequorea victoria), powodujący wytwarzanie białka zielonej fluorescencji (green fluorescent protein – GFP). Białko GFP można stosować np. do znakowania komórek nowotworowych i śledzenia ich w organizmie. Pod wpływem światła ultrafioletowego białka zielonej fluorescencji zaczynają świecić, co uwidocznia oznakowane nimi białka w komórkach zwierząt.

Zwierzęta transgeniczne (myszy, króliki, szczury), u których usunięto poszczególne geny, są modelem chorób kardiologicznych, neurologicznych, pulmonologicznych, hematologicznych, onkologicznych oraz embriologicznych, polegających na upośledzeniu rozwoju narządów i układów. Zwierzęta te wykorzystywane są również w badaniach immunologicznych związanych z chorobami autoagresywnymi, niedoborami odpornościowymi oraz alergiami.

Słownik