Przeczytaj
Organizmy zmodyfikowane genetycznie
Biotechnologia jest interdyscyplinarną dziedziną nauki wykorzystującą metody inżynierii genetycznej w celu uzyskania genetycznie zmodyfikowanych organizmówgenetycznie 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 mikroiniekcjimikroiniekcji) 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 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.
Metody modyfikowania genetycznego organizmów
Wśród metod umożliwiających wprowadzenie obcego DNA do genomu gospodarza wyróżnia się metodę wektorową oraz metody bezwektorowe.
e‑materiał pt. Cele i metody transformacji genetycznej roślin i zwierzątCele i metody transformacji genetycznej roślin i zwierząt.
Metoda knock‑out
Metoda knock‑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 elektroporacjielektroporacji przygotowany fragment DNA zostaje wprowadzony do modyfikowanych komórek macierzystychkomórek 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 chimerychimery (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.
Wykorzystanie organizmów genetycznie zmodyfikowanych
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.
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.
Badania prowadzone na genetycznie zmodyfikowanych organizmach dotyczące różnych jednostek chorobowych wymagają ostrożności. Wprowadzony zmieniony gen powodujący chorobę może wywoływać jedynie część objawów i nie dawać pełnego obrazu klinicznego. Otrzymane wyniki wymagają potwierdzenia w badaniach in vivoin vivo i in vitroin vitro.
Przykład stanowią myszy będące modelem chorób onkologicznych i myszy modelowe chorób immunologicznych.
Poznanie genu kodującego białko odpowiedzialne za powstawanie stanu patologicznego jest istotne dla stworzenia genetycznie zmodyfikowanego organizmu stanowiącego model choroby. Jednak w niektórych sytuacjach usunięcie sekwencji związanej z chorobą jest dla gatunku typowanego jako model choroby letalne (śmiertelne). Dlatego do tej pory nie udało się stworzyć np. modelu pląsawicy Huntingtona.
Białko zielonej fluorescencji (ang. green fluorescent protein – GFP) naturalnie występujące u meduzy Aequorea victoria jest użytecznym narzędziem w biologii doświadczalnej. Umożliwia obserwację przemieszczania się komórek i białek w organizmie. Transfekcja genu GFP do zarodka np. myszy pozwala na obserwację rozwoju zarodka aż do przekształcenia się go w wielokomórkowy płód.
Słownik
organizm zbudowany z komórek różniących się genetycznie
cecha dziedziczona jest w sprzężeniu z chromosomami innymi niż płci, ujawnia się u heterozygot i homozygot dominujących
cecha dziedziczona jest w sprzężeniu z chromosomami innymi niż płci oraz ujawnia się tylko u homozygot recesywnych
bezwektorowa metoda modyfikacji genetycznych; wskutek oddziaływania impulsów elektrycznych na błonę komórkową dochodzi w niej do powstania trwałych hydrofilowych porów, tzw. elektroforów; obecność dodatkowych kanałów ułatwia przenikanie fragmentów DNA ze środowiska zewnętrznego do wnętrza komórek
organizmy modyfikowane genetycznie, których genom został zmieniony za pomocą metod inżynierii genetycznej
organizm posiadający zróżnicowane allele danego genu
organizm posiadający identyczne allele danego genu
określenie procesu zachodzącego wewnątrz organizmu
określenie procesu przeprowadzanego w warunkach laboratoryjnych
zanik, zahamowanie lub utrata właściwości
metoda biologii molekularnej polegająca na usunięciu genu
niezróżnicowane komórki występujące naturalnie w organizmie u zwierząt i człowieka, a także wyhodowane in vitro (pierwotne komórki zarodkowe), zdolne do nieograniczonych podziałów (proliferacji) przez całe życie organizmu
metoda umożliwiająca wprowadzenie dowolnej substancji, np. obcego DNA, do komórki obserwowanej pod mikroskopem
organizmy, których genom został zmieniony, a wprowadzony gen pochodzi od organizmu innego gatunku
proces aktywnego pobierania DNA z otoczenia