Inżynieria genetyczna jest dość nową dziedziną nauki, zajmującą się badaniem materiału genetycznego żywych organizmów oraz jego modyfikacją w celu uzyskania organizmów o lepszych , bardziej wartościowych cechach. Techniki inżynierii genetycznej pozwalają na uzyskanie w hodowli roślin, nowe ciekawe odmiany pospolitych gatunków. Modyfikacja pewnych genów prowadzi do uzyskania roślin dających wyższe plony czy krów o większej mleczności i innych organizmów o zmienionym genomie.
Organizmy posiadające zmienione cechy fenotypowe wywołane modyfikacją ich genomu nazywane są organizmami zmodyfikowanymi genetycznie ( GMO ). Geny pobierane są z komórek jednego organizmu, poddane różnym zmianom i wszczepione do komórek innego organizmu ( często innego gatunku ).
Inżynieria genetyczna jest obecna w wielu dziedzinach życia codziennego człowieka. Stosowana jest już dość często w rolnictwie, w celu uzyskania odmiana roślin uprawnych dających większe plony, lub odporne na niektóre szkodniki i pasożyty. Inżynieria daje możliwości otrzymania produktów spożywczych z roślin wzbogaconych w składniki odżywcze. Rozwój ten dziedziny wiedzy uhonorowany został już kilkoma nagrodami Nobla.
Modyfikacja genetyczna roślin i zwierząt dotyczy zmian w materiale genetycznym, którym jest kwas dezoksyrybonukleinowy ( DNA ) , wyjątek stanowią bakterie , u których materiałem genetycznym bywa czasem RNA- kwas rybonukleinowy.
Kwasy nukleinowe są zapisem kolejności aminokwasów budujących białka określonego organizmu. Zmiany w genomie ( DNA ) powodują nie wytworzenie danego białka, jego zmianę na inne o różnych właściwościach, lub namnożenie tego białka w większej ilości.
Modyfikacje genetyczne roślin , dotyczą z reguły gatunków mających istotne znacznie dla rolnictwa. Zmodyfikowane geny wprowadza się do hodowanych komórek roślin za pomocą tzw. wektorów ( najczęściej komórek bakteryjnych ). Dzięki inżynierii genetycznej możliwe jest otrzymanie organizmu roślinnego z komórki nie pochodzącej z zarodka danej rośliny.
Jako wektory stosuje się plazmidy bakteryjne - koliste cząsteczki DNA występujące niezależnie od materiału genetycznego bakterii. Komórka bakteryjna po wniknięciu do organizmu rośliny uwalnia część plazmidu, który przyłącza się do genomu komórki roślinnej.
Komórki o zmienionym genomie wykazują inne właściwości , niż formy wyjściowe.
W ten sposób udało się już otrzymać rośliny o zwiększonej odporności na choroby grzybowe, zawierające substancje odstraszające owady. Przykładem może być odmiana pomidora , do którego genomu wprowadzono gen odpowiedzialny za produkcję substancji odstraszającej szkodniki liści tej rośliny. Obecnie pracuje się nad uzyskaniem roślin o zwiększonej wartości odżywczej.
Geny wprowadzane do komórek roślinnych mogą pochodzić z komórek roślin innego gatunku, komórek bakteryjnych a nawet zwierzęcych. Roślina zmieniona genetycznie uzyskuje pozytywne cechy jakich nie posiadają inne niezmienione osobniki tego gatunku. Rolny takie charakteryzują się lepszym wyglądem , mają zwiększoną odporność na insekty, herbicydy, wytwarzają niektóre substancje bakteriobójcze, posiadają większą wartość odżywczą . Rośliny GMO maja zdolność wiązania azotu atmosferycznego, dzięki czemu nie wymagają dużego nawożenia. Rośliny te mogą rosnąć w różnych temperaturach ( niskich i wysokich ) a ich wzrost charakteryzuje się wolnym tempem , w związku z tym dobrze znoszą transport .
Inżynieria genetyczna dotyczy również zmian w materiale genetycznym organizmów zwierzęcych. Odnotowanych jest już wiele prób wprowadzania DNA jednego osobnika zwierzęcego do komórek pochodzących z linii płciowej innego zwierzęcia. Najpopularniejszą grupą zwierząt transgenicznych są ssaki, jak również znane są przypadki transgenicznych ryb.
Do znanych już, zmienionych genetycznie saków należy m.in. świnia, królik i kilka gatunków gryzoni. Do najbardziej znanych gryzoni używanych w praktyce genetycznej są myszy, które są powszechnie wykorzystywane jako zwierzę laboratoryjne. Badania nad modyfikacją genetyczną zwierząt przeprowadzana jest w celu wykorzystania zwierząt do produkcji białek, ważnych w leczeniu niektórych chorób, komórek a nawet tkanek, wykorzystywanych w transplantologii.
Schemat procesu otrzymywania zwierząt transgenicznych .
Materiał genetyczny , zawierający istotny dla badania gen wyizolowuje się z organizmu macierzystego i namnaża. Interesujący nas fragment DNA umieszcza się jądrze komórki jajowej ( zapłodnionej ). Odcinek DNA wbudowuje się w materiał genetyczny komórki jajowej, którą umieszcza się w macicy zwierzęcia. Powstały z tej komórki organizm wzbogacony jest o dany gen. Dzięki wczesnej implantacji fragmentu DNA do komórki jajowej , dodatkowy gen obserwuje się zarówno w komórkach płciowych jak i somatycznych.
Zmodyfikowany genom obserwuje się w następnych pokoleniach zwierząt, ponieważ wbudowany gen dziedziczy się wraz z pozostałymi. Ważna jest obserwacja osobników potomnych urodzonych przez transgeniczne zwierzęta aby można było określić jakie zmiany fenotypowe wywołuje dany gen i w jaki sposób jest dziedziczony.
U ludzi także można obserwować zmiany w materiale genetycznym, jednak zmiany te nie są wywołane sztucznie tak jak w przypadku zwierząt transgenicznych , lecz występują w sposób przypadkowy naturalny. Takie zmiany w genomie określane są jako mutacje. Mutacje genomowi są przyczyną wielu chorób człowieka. ( np. hemofilia, cukrzyca, rożne zaburzenia związane z niedoborem hormonu wzrostu ). Zaburzenia te związane są z niedoborem lub nadmiarem jakiegoś białka. Chorób powstałych w wyniku mutacji genów nie można wyleczyć całkowicie ponieważ nie można zmieniać genomu człowieka. Leczenie polega na podawaniu preparatów zawierających odpowiednie białka, które uzupełniają ich niedobory w organizmie. Jednak otrzymywanie takich preparatów przysparza wiele problemów. Pewne preparaty białkowe ( na przykład potrzebne w leczeniu hemofilii) pozyskiwane były dawniej z krwi różnych dawców, jednak wiązało się to z niebezpieczeństwem zarażenia się wirusem HIV. Również hormon wzrostu stosowany w wielu schorzeniach otrzymywany był z ludzkiej tkanki mózgowej, co groziło zarażeniem się szkodliwymi cząsteczkami występującymi w organizmie. Obecnie , ze względów bezpieczeństwa biorców stosuje się sztuczne preparaty białkowe. Czasem specyficzne białka izolowane są z tkanek zwierzęcych, np. insulina pozyskiwana jest z trzustki świńskiej lub bydlęcej.
W czasie produkcji preparatów białkowych klonuje się geny , które kodują interesujące nas białka. Geny te wprowadzane są do komórek bakteryjnych , gdzie wbudowują się w genom bakteryjny. Tak zmodyfikowana komórka bakteryjna ma zdolność do produkowania określonych białek. W tym przypadku nie ma niebezpieczeństwa "zanieczyszczenia' preparatu białkowego szkodliwymi substancjami , które mogłyby zaszkodzić biorcy preparatu. Namnażane w ten sposób białka służą także jako szczepionki przeciwko niektórym chorobom, np. zapaleniu wirusowego wątroby ( typu B ). Białko to produkowane jest przez specyficznie zmienione gatunki drożdży.
W chwili obecnej istnieje jeszcze szereg chorób nieuleczalnych , których jedyną szansą jest inżynierii genetyczna. Współczesna genetyka zajmuje się właśnie badaniami, dzięki którym, w przyszłości możliwe będzie wszczepianie różnych genów w genom człowieka. Geny te przyczyniłyby się do zwalczenia chorób, które ciągle nękają miliony ludzi, przede wszystkim choroby nowotworowe.
Dzięki rozwojowi genetyki możliwe jest obecnie klonowanie niektórych zwierząt, tzn. uzyskiwanie kilku identycznych kopii tego samego organizmu. Klonowanie można uzyskać przez podział zarodka będącego we wczesnym stadium rozwoju. Z poszczególnych komórek mogą powstać identyczne pod względem genetycznym organizmy. Istnieje inny sposób klonowania zwierząt . Tą metodą uzyskano pierwszy zwierzęcy klon- owcę Dolly.
Metoda ta polega na pobraniu materiału genetycznego z komórki somatycznej jednego zwierzęcia i umieszczeniu go w komórce jajowej ( nie zapłodnionej ), w której uprzednio usunięte zostało jądro komórkowe. Po poddaniu działaniu impulsów prądu zmieniona komórka ulega podziałom, w stadium kilkukomórkowego zarodka wszczepia się ją do macicy matki zastępczej w wyniku czego powstaje organizm identyczny z organizmem z którego pobrane był DNA. Od czasu sklonowania owcy Dolly udało się stworzyć klony innych zwierząt.
Coraz częściej dochodzą wiadomości z różnych części świata o sklonowaniu ludzkich zarodków. Strawa dotycząca manipulacji Ganami ludzkimi oraz klonowaniu ludzi jest dość kontrowersyjna. Sceptycy obawiają się, że w przyszłości tworzone będą organizmy ludzkie o ulepszonych genach , w wyniku czego "nadludzie" wyprą naturalnych przedstawicieli gatunku homo sapiens. Natomiast zwolennicy praktyk genetycznych na materiale genetycznym człowieka twierdzą , że sklonowania zarodki są cennym źródłem komórek macierzystych. Komórki macierzyste są niezróżnicowane, tzn. mogą przekształcać się w dowolny typ komórek , w związku z tym mogą być wykorzystywane do produkcji tkanek lub narządów, które mogą być przeszczepiane chorym ludziom.
Dokładne przebadanie genomu ludzkiego pozwoli na wykrycie wszystkich genów. Dzięki temu możliwe będzie wyeliminowanie tych "złych " powodujące różnego rodzaju schorzenia lub wbudowywanie w genom dodatkowych genów u ludzi , których zmutowany materiał genetyczny jest przyczyną chorób. Dzięki analizie DNA można określić czy dany człowiek jest narażony na pewne schorzenia, jeśli tak to wczesne rozpoznanie na poziomie genowym pozwala na szybkie przeciwdziałanie chorobie.
Inżynieria genetyczna ma swoje wady i zalety, lecz wykorzystywana w rozsądny sposób może uratować życie wielu ludziom i dać szansę na wyzdrowienie cierpiącym na nieuleczalne jak dotąd choroby.
