Modyfikacje materiału genetycznego roślin i zwierząt mogą obejmować: wyciszenie własnego genu, wprowadzenie dodatkowych kopii własnego genu lub wprowadzenie do genomugenomgenomu obcego genu, pochodzącego z organizmu należącego do innego gatunku.

Skutkiem wyciszenia genu, który występuje w genomie modyfikowanego organizmu, jest brak produktów ekspresji genuekspresja 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. transgenutransgentransgenu, jest transformacja genetyczna prowadząca do powstania organizmu transgenicznegoorganizm transgenicznyorganizmu transgenicznego. W konsekwencji modyfikowany genetycznie organizm (GMO) ujawnia nową cechę, niewystępującą naturalnie u tego gatunku. Więcej na ten temat w materiale: Transformacje genetyczneDsHSeylfGTransformacje genetyczne.

Rośliny modyfikowane genetycznie (GMP, ang. genetically modified plants) to rośliny, których genom został zmieniony przy użyciu metod i technik inżynierii genetycznejinżynieria genetycznainżynierii genetycznej. Dotychczas modyfikacjom genetycznym zostało poddanych kilkadziesiąt gatunków roślin uprawnych i ozdobnych.

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.

Modyfikacje genetyczne roślin utrudnia obecność ściany komórkowejściana komórkowaściany 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.

RDT01JtE26m7W1

Zdjęcie mikroskopowe przedstawia bakterię atakującą komórkę marchwi zwyczajnej. Bakteria ma formę pałeczkowatych przylegających do siebie i nakładających się na siebie komórek. Są one ze sobą połączone nitkowatymi strukturami. Otaczają kulistą komórkę marchwi zwyczajnej białą, przypominającą pajęczynę, delikatną naroślą.

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 fitopatogenówfitopatogenfitopatogenów objawia się powstawaniem guzowatych narośli na korzeniach i łodygach (przejaw infekcji A. tumefaciens) lub powstawaniem nienaturalnie dużej liczby włośnikówwłośnikiwłośników w zaatakowanej części korzenia (przejaw infekcji A. rhizogenes).

R1YVNA2bdbWQa

Zdjęcie przedstawia korzeń. Na jego powierzchni, wśród licznych rozgałęzień znajdują się guzowate narośle. Przypominają gąbczaste brązowe formy z licznymi porami i wgłębieniami.

Infekcja rośliny przez bakterie z rodzaju Agrobacterium wiąże się z wprowadzeniem do wnętrza komórek roślinnych plazmiduplazmidplazmidu 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. opinyopinyopiny, 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 genetycznymiwektor genetycznywektorami 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 dwuliściennychrośliny dwuliściennedwuliściennych. Jednak większość roślin użytecznych dla człowieka to rośliny jednoliściennerośliny jednoliściennejednoliścienne, które nie ulegają infekcji tym fitopatogenem. Dlatego konieczne stało się opracowanie innych metod modyfikacji genetycznych roślin.

W bezwektorowych metodach modyfikacji genetycznych roślin obcy gen wprowadzany jest do komórek roślinnych lub protoplastówprotoplastprotoplastów bezpośrednio, bez udziału wektora. Do metod bezwektorowych zalicza się: elektroporację i mikrowstrzeliwanie.

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.

R1LBd3iSGzClZ1

Zdjęcie przedstawia zmodyfikowanego genetycznie danio pręgowanego o barwie różowej. To ryba akwariowa, która osiąga długość do pięciu centymetrów. Ryba ze zdjęcia ma weloniaste, półprzezroczyste płetwy. Długi, smukły ogon. Delikatnie zarysowane oczy na niewielkiej głowie. Na grzbiecie ma charakterystyczne smugi układające się we wzory. A przy ogonie przecięcie, które jest wgłębieniem do wewnątrz ciała. Wycięty ogon podobnie jak płetwy jest półprzezroczysty.

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.

Celem modyfikacji genetycznych zwierząt jest uzyskanie ras, które mają nowe,  pożądane przez człowieka cechy. Zwierzęta modyfikowane genetycznie znajdują zastosowanie w nauce, gospodarce i medycynie.

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 przedjądrzyprzedjądrzeprzedjądrzy 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 blastuląblastulablastulą. 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.

RYICpAKpppKyK

Ilustracja przedstawia przebieg transformacji myszy metodą mikroiniekcji. Na górze widoczna jest komórka z dwoma przedjądrzami, podpisanymi: Przedjądrze męskie i żeńskie. Do jednego z nich przyłożona jest cienka pipeta z podpisem: Mikropipeta wprowadzająca obce DNA. Obok podpis: Mikroiniekcja obcego DNA do jednego z przedjądrzy. Niżej podpis: Zapłodniona komórka jajowa przed fuzją przedjądrza męskiego i żeńskiego. Niżej strzałka do ilustracji myszy z podpisem: Przeniesienie zarodków do macicy samicy. Poniżej myszy kolejna strzałka prowadząca do ilustracji trzech myszy i podpisem: Po okresie ciąży samica rodzi osobniki potomne. Na dole podpis: Transgeniczne potomstwo ma obce DNA wbudowane we wszystkie komórki ciała.

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 transgenicznychDLjOpm5I0Produkcja biofarmaceutyków w układach transgenicznych, Wykorzystanie organizmów zmodyfikowanych genetycznie w badaniach podstawowychDtihgMOlPWykorzystanie organizmów zmodyfikowanych genetycznie w badaniach podstawowych oraz Wykorzystanie organizmów zmodyfikowanych genetycznie w gospodarce człowiekaD5nbtKtvwWykorzystanie organizmów zmodyfikowanych genetycznie w gospodarce człowieka.

Słownik