Przeczytaj
Modyfikacje materiału genetycznego roślin i zwierząt mogą obejmować: wyciszenie własnego genu, wprowadzenie dodatkowych kopii własnego genu lub wprowadzenie do genomugenomu obcego genu, pochodzącego z organizmu należącego do innego gatunku.
Skutkiem wyciszenia genu, który występuje w genomie modyfikowanego organizmu, jest brak produktów ekspresji genuekspresji genu i w efekcie niezachodzenie danego szlaku metabolicznego. Jedną z metod jest wprowadzenie tzw. antysensownego DNA, o sekwencji komplementarnej do mRNA wyciszanego genu. W rezultacie cząsteczki DNA tworzą kompleksy z mRNA, przez co nie dochodzi do translacji, a cały kompleks ulega degradacji. W konsekwencji określona cecha organizmu się nie pojawia.
Natomiast skutkiem wprowadzenia dodatkowych kopii genu, który naturalnie występuje u danego gatunku, jest zwiększenie produkcji danego białka. Dzięki temu określona cecha organizmu ulega wzmocnieniu.
Z kolei skutkiem wprowadzenia obcego genu, tzw. transgenutransgenu, jest transformacja genetyczna prowadząca do powstania organizmu transgenicznegoorganizmu transgenicznego. W konsekwencji modyfikowany genetycznie organizm (GMO) ujawnia nową cechę, niewystępującą naturalnie u tego gatunku. Więcej na ten temat w materiale: Transformacje genetyczneTransformacje genetyczne.
Rośliny modyfikowane genetycznie
Rośliny modyfikowane genetycznie (GMP, ang. genetically modified plants) to rośliny, których genom został zmieniony przy użyciu metod i technik inżynierii genetycznejinżynierii genetycznej. Dotychczas modyfikacjom genetycznym zostało poddanych kilkadziesiąt gatunków roślin uprawnych i ozdobnych.
Cel modyfikacji genetycznych roślin
Celem modyfikacji genetycznych roślin jest uzyskanie odmian o nowych cechach, pożądanych przez człowieka. Rośliny modyfikowane genetycznie znajdują zastosowanie w przemyśle spożywczym, sadownictwie, ogrodnictwie i medycynie.
Metody modyfikacji genetycznych roślin
Modyfikacje genetyczne roślin utrudnia obecność ściany komórkowejściany komórkowej. Istnienie bariery mechanicznej uniemożliwia bezpośrednie wprowadzenie obcego materiału genetycznego do wnętrza komórek. Dlatego niezbędne jest częściowe usunięcie ściany komórkowej, która po transformacji zostaje odbudowana przez zmodyfikowane genetycznie komórki roślinne.
Badania biotechnologiczne doprowadziły do opracowania metod i technik inżynierii genetycznej, które pozwalają na skuteczną modyfikację genetyczną roślin. Obecnie stosowane są metody wektorowe i bezwektorowe.
Wektorowa metoda modyfikacji genetycznych roślin
W wektorowej metodzie modyfikacji genetycznych roślin wykorzystywane są komórki bakterii z rodzaju Agrobacterium. Są to bakterie glebowe wykazujące zdolność infekowania roślin, do których wnikają poprzez uszkodzone lub zranione tkanki. Obecność fitopatogenówfitopatogenów objawia się powstawaniem guzowatych narośli na korzeniach i łodygach (przejaw infekcji A. tumefaciens) lub powstawaniem nienaturalnie dużej liczby włośnikówwłośników w zaatakowanej części korzenia (przejaw infekcji A. rhizogenes).
Infekcja rośliny przez bakterie z rodzaju Agrobacterium wiąże się z wprowadzeniem do wnętrza komórek roślinnych plazmiduplazmidu Ti (w przypadku A. tumefaciens) lub plazmidu Ri (w przypadku A. rhizogenes). Fragment informacji genetycznej obecnej w plazmidzie, tzw. T‑DNA, ulega wbudowaniu w informację genetyczną zainfekowanej komórki. Odcinek T‑DNA zawiera geny, których ekspresja przejawia się wystąpieniem zmian nowotworowych w obrębie korzenia i łodygi. Ponadto zachodzą zmiany w metabolizmie zainfekowanych komórek roślinnych, które zaczynają produkować tzw. opinyopiny, będące źródłem substancji odżywczych dla bakterii.
Za pomocą metod i technik inżynierii genetycznej dokonano „rozbrojenia” plazmidu Ti oraz Ri, poprzez usunięcie kilku genów warunkujących chorobotwórczość tej bakterii. W miejsce usuniętych genów można dodać dowolny fragment DNA. Tak zmodyfikowany plazmid wprowadza się do wnętrza komórek bakterii, uzyskując genetycznie modyfikowane bakterie, będące wektorami genetycznymiwektorami genetycznymi obcego DNA. One z kolei, „infekując” roślinę, wprowadzają do jej informacji genetycznej obcy gen. Zatem w transformacji genetycznej roślin można wykorzystywać naturalne zdolności infekcyjne bakterii z rodzaju Agrobacterium.
Bakterie z rodzaju Agrobacterium infekują ponad 140 gatunków roślin, wyłącznie okrytonasiennych dwuliściennychdwuliściennych. Jednak większość roślin użytecznych dla człowieka to rośliny jednoliściennejednoliścienne, które nie ulegają infekcji tym fitopatogenem. Dlatego konieczne stało się opracowanie innych metod modyfikacji genetycznych roślin.
Bezwektorowe metody modyfikacji genetycznych roślin
W bezwektorowych metodach modyfikacji genetycznych roślin obcy gen wprowadzany jest do komórek roślinnych lub protoplastówprotoplastów bezpośrednio, bez udziału wektora. Do metod bezwektorowych zalicza się: elektroporację i mikrowstrzeliwanie.
Przykłady modyfikacji genetycznych roślin
W 1984 r. uzyskano pierwszą modyfikowaną genetycznie roślinę, którą był tytoń szlachetny (Nicotiana tabacum). Dalszy rozwój metod i technik inżynierii genetycznej pozwolił na modyfikacje genetyczne kilkudziesięciu gatunków roślin.
Zwierzęta modyfikowane genetycznie
Zwierzęta modyfikowane genetycznie (GMA, ang. genetically modified animals) to zwierzęta, których genom został zmieniony przy użyciu metod i technik inżynierii genetycznej. Modyfikacjom genetycznym zostało poddanych kilkadziesiąt gatunków zwierząt laboratoryjnych i hodowlanych.
Cel modyfikacji genetycznych zwierząt
Celem modyfikacji genetycznych zwierząt jest uzyskanie ras, które mają nowe, pożądane przez człowieka cechy. Zwierzęta modyfikowane genetycznie znajdują zastosowanie w nauce, gospodarce i medycynie.
Metody modyfikacji genetycznych zwierząt
Modyfikacje genetyczne zwierząt utrudnia złożoność budowy organizmu zwierzęcego i stopień skomplikowania procesów genetycznych. Zwierzęta modyfikowane genetycznie uzyskuje się różnymi metodami, spośród których najbardziej skuteczna jest mikroiniekcja. Jest to bezwektorowa metoda modyfikacji genetycznych zwierząt. Istnieją różne warianty mikroiniekcji. Najwyższą skuteczność osiąga się, wprowadzając obce DNA w warunkach in vitro do jednego z przedjądrzyprzedjądrzy zapłodnionej komórki jajowej. Następnie przedjądrze męskie i żeńskie łączą się ze sobą, tworząc jedno jądro komórkowe. Powstała zygota przechodzi liczne podziały mitotyczne i dalsze procesy związane z rozwojem zarodka. Po kilku dniach hodowli laboratoryjnej zarodek osiąga stadium rozwojowe zwane blastuląblastulą. Metodą mikroiniekcji uzyskiwanych jest kilka zarodków, które zostają wprowadzone do macicy samicy. Po okresie ciąży samica rodzi transgeniczne potomstwo. Osobniki te mają obcy gen trwale wbudowany w genom wszystkich komórek ciała. Również komórki rozrodcze mają obcy gen, dzięki czemu może on zostać przekazany następnym pokoleniom na drodze rozmnażania płciowego.
Przykłady modyfikacji genetycznych zwierząt
W 1980 r. uzyskano pierwsze modyfikowane genetycznie zwierzę, którym była mysz domowa (Mus musculus). Dalszy rozwój metod i technik inżynierii genetycznej pozwolił na modyfikacje genetyczne kilkudziesięciu gatunków zwierząt.
Więcej informacji o zastosowaniach modyfikowanych genetycznie roślin i zwierząt znajdziesz w materiałach: Produkcja biofarmaceutyków w układach transgenicznychProdukcja biofarmaceutyków w układach transgenicznych, Wykorzystanie organizmów zmodyfikowanych genetycznie w badaniach podstawowychWykorzystanie organizmów zmodyfikowanych genetycznie w badaniach podstawowych oraz Wykorzystanie organizmów zmodyfikowanych genetycznie w gospodarce człowiekaWykorzystanie organizmów zmodyfikowanych genetycznie w gospodarce człowieka.
Słownik
wczesne stadium rozwoju zarodkowego zwierząt tkankowych powstałe w wyniku bruzdkowania
proces odczytywania informacji genetycznej zawartej w genie, prowadzący do powstania produktów w postaci białek lub różnych rodzajów RNA
czynnik chorobotwórczy infekujący komórki roślinne
kompletny zestaw informacji genetycznej danego organizmu lub wirusa
rodzaj pestycydów, służący do zwalczania chwastów w uprawach roślin użytkowych
dział nowoczesnej biotechnologii, zajmujący się modyfikacjami genetycznymi organizmów; zbiór metod i technik umożliwiających wprowadzanie zmian w DNA w warunkach in vitro oraz in vivo w celu uzyskania dziedzicznych zmian w komórkach lub całych organizmach; skutkiem manipulacji genetycznych są organizmy o nowych cechach i właściwościach metabolicznych
związki chemiczne wytwarzane przez komórki roślinne zainfekowane bakteriami z rodzaju Agrobacterium; substancje nieprzyswajalne dla roślin, będące źródłem pokarmu dla komórek bakterii
organizm modyfikowany genetycznie, który oprócz własnych genów ma także gen obcy (transgen)
czynnik chorobotwórczy infekujący komórki danego organizmu
syntetyczne lub naturalne substancje chemiczne służące do ochrony roślin uprawnych, lasów, zbiorników wodnych, zwierząt, żywności, pomieszczeń mieszkalnych i użytkowych przed wpływem organizmów niepożądanych i szkodliwych
krótka, kolista cząsteczka pozachromosomalnego DNA, znajdująca się na terenie cytoplazmy komórek bakterii; struktura zawierająca geny warunkujące dodatkowe możliwości metaboliczne, np. oporność na antybiotyki i toksyny, promieniowanie UV i metale ciężkie
część komórki pozbawiona ściany komórkowej np. na skutek jej strawienia
jądro komórki jajowej (przedjądrze żeńskie) lub plemnika (przedjądrze męskie) na etapie zygoty, po wniknięciu plemnika do komórki jajowej, ale przed nastąpieniem fuzji jąder
grupa roślin okrytonasiennych (okrytozalążkowych), których zarodki mają dwa liścienie; zazwyczaj rośliny o pędach zdrewniałych, rzadziej zielnych, z typowym przyrostem wtórnym na grubość; liście pojedyncze lub złożone, ogonkowe, z nerwacją siatkowatą lub dłoniastą; okwiat zróżnicowany, pięciokrotny; najczęściej palowy system korzeniowy
grupa roślin okrytonasiennych (okrytozalążkowych), których zarodki mają jeden liścień; zazwyczaj rośliny o pędach zielnych, rzadko zdrewniałych, bez typowego przyrostu wtórnego na grubość; liście zazwyczaj pojedyncze, siedzące, z nerwacją równoległą; okwiat niezróżnicowany, trójkrotny; najczęściej wiązkowy system korzeniowy
nieplazmatyczny składnik komórki, nadający kształt i chroniący przed wpływem szkodliwych warunków środowiska; element obecny w komórkach bakterii, archeowców, protistów roślino- i grzybopodobnych, roślin oraz grzybów; zasadniczym elementem strukturalnym są biopolimery: mureina, celuloza, chityna
obcy gen wyizolowany z genomu dawcy i przenoszony do komórki biorcy, nadający jej nowe cechy i właściwości metaboliczne
cząsteczka wykorzystywana w inżynierii genetycznej do przenoszenia wyizolowanego genu dawcy do komórki biorcy; w modyfikacjach genetycznych mikroorganizmów wykorzystywane są m.in. plazmidy i bakteriofagi
wytwory ryzodermy zwiększające powierzchnię chłonną korzenia, odpowiedzialne za pobieranie wody i soli mineralnych z gleby