Pojęcie inżynierii genetycznej na dobre zaistniało dopiero w połowie lat 70-tych XX wieku. Stało się to w momencie, gdy okazało się, że możliwym jest przerabianie genów w ściśle określonych kierunkach. Odkrycie to poprzedziło wiele odkryć, z których wiele było tak znaczących, że otrzymało nagrodę Nobla.
"Inżynieria" to słowo, które oznacza, że dochodzi do skonstruowania całkiem nowej rzeczy. Jeśli odniesiemy to do "inżynierii genetycznej", okaże się, że nową rzeczą jaka powstaje, jest żywy organizm. Głównym budulcem są komórki już istniejących organizmów, które zostają zmienione lub służą za matrycę dla nowych.
Jak wiadomo DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) jest swoistym "przepisem" na organizm. Zawiera on w sobie bowiem informacje o strukturze pierwszorzędowej białek (czyli ułożeniu aminokwasów w łańcuchu białkowym). Składa się z poszczególnych genów, a każdy gen określa jedną cechę, np. kolor oczu, skóry czy włosów. Najprostsze organizmy bakteryjne mają około 500 genów, a u człowieka ich liczba sięga około 100 tysięcy. Zestaw wszystkich genów determinuje wygląd i wszystkie cechy całego organizmu. Jak już wiemy (dzięki odkryciom Grzegorza Mendla czy Tomasza Morgana) informacja genetyczna jest dziedziczona z pokolenia na pokolenie, co oznacza, że potomkowie przejmują cechy od swoich rodziców, a czasem ujawniają się u nich także cechy starszych pokoleń.
Dzięki odkryciom lat 50-tych (opisywały one strukturę DNA) możliwe stało się klonowanie, przez co rozumiemy nie tylko powielanie organizmów, ale też uzyskiwanie genów w ich czystej postaci - defragmentacja DNA. Sposób ingerencji naukowców w naturalną budowę kwasu dezoksyrybonukleinowego można stosunkowo łatwo wytłumaczyć. Używając konkretnych enzymów naukowcy są w stanie przerwać łańcuch DNA w specyficznych miejscach. Potem w taką przerwę wstawiają nowy fragment DNA i całość (ponownie używając enzymów) "sklejają" na powrót. Umożliwia to wklejanie do genomu genów pochodzących z DNA innych gatunków, co powoduje, że zmienia się ich wygląd. Być może nie brzmi to w żaden sposób zaskakująco, ale odkrycie to miało bardzo duże znaczenie w nauce. Możemy bowiem manipulować cechami kierunkowo - uzyskując pożądane wyniki.
Dzięki odkryciu dwóch typów enzymów, techniki klonowania poszły naprzód.
Pierwsza grupa tych enzymów to restryktazy (enzymy restrykcyjne). Mają one zdolność do cięcia DNA pochodzącego z dowolnego organizmu na powtarzalny komplet fragmentów. Wyizolowany z komórki DNA, poddawany jest serii zabiegów elektroforetycznych, dzięki którym można rozdzielić uzyskane cząstki genomu. Można tez dzięki temu uzyskać jeden typ fragmentów wyizolowany od reszty.
Druga grupa enzymów to ligazy, które działają antagonistycznie do restryktaz, mają bowiem zdolność do trwałego łączenia pociętych części DNA z wektorami (samoreplikującymi się cząsteczkami DNA). Pozwala to na otrzymywanie zrekombinowanego DNA. Można go następnie wcielić do komórek gospodarza (którymi najczęściej są komórki bakteryjne, choć często stosuje się też komórki drożdży, owadów a nawet ssaków). Wszystkie komórki potomne takiej komórki macierzystej będą miały ten sam genom - będą więc klonami tej komórki. Możliwe jest wyizolowanie klonu pojedynczego genu lub konkretnego fragmentu DNA. Następnie można go zsekwencjonować, czyli dowiedzieć się na którym miejscu w genomie on leży. Jesto to przeważnie ostatni, a na pewno najbardziej szczegółowy etap analizy genu (w obecnej chwili jest to proces zautomatyzowany). Są też procesy chemiczne, które umożliwiają syntezę DNA. Może on więc być wynikiem naturalnej rekombinacji, bądź chemicznej syntezy fragmentów otrzymanych laboratoryjnie.
Obecnie wiadomo, że możliwe jest wprowadzanie zmian w konkretnych pozycjach nici DNA. Zjawisko to nosi miano ukierunkowanej mutagenezy. Umożliwia ono poznanie funkcji danego genu poprzez obserwację zmian jakie wywoła zastąpienie go w nici innym genem. Można to także zrobić na inny sposób: poznając miejsce położenia sekwencji nukleotydów odpowiadających za ekspresję (ujawnienie się) genu.
Lata 80-te przyniosły technikę PCR pozwalającą na powielanie dowolnie wybranych sekwencji nukleotydów na podstawie wiedzy o krótkich fragmentach otaczających je. Ta w pewien sposób alternatywna dla klonowania metoda, znalazła szereg różnych zastosowań. Przede wszystkim pomogła ona w analizie DNA pochodzącego ze szczątków archeologicznych i geologicznych, a także przydatna okazała się w kryminalistyce i diagnostyce.
Na klonowaniu małych fragmentów kwasu dezoksyrybonukleinowego jednak nauka nie poprzestała. Możliwe jest bowiem klonowanie całych organizmów, czyli uzyskiwanie pewnych ilości osobników potomnych o takim samym genotypie. Sposobów na otrzymanie takich potomków jest wiele. Najprostszy z nich to podział komórki macierzystej na dwie komórki potomne (w ten sposób powstają między innymi jednojajowe bliźnięta, jednak ten podział zarodka zachodzi naturalnie, a nie jest wywoływany sztucznie jak robi się w czasie eksperymentów z zarodkami myszy laboratoryjnych). Innym, nieco bardziej skomplikowanym sposobem jest przeniesienie jądra z materiałem genetycznym z komórki organizmu-dawcy do oocytu (komórki jajowej) pozbawionego jądra. Powstaje wtedy zygota, która jest zaczątkiem nowego organizmu. W przypadku tej metody skutecznie udało się sklonować jak do tej pory jednego ssaka: owcę Dolly, która była identyczna genotypowo co owca, od której pobrano komórkę somatyczną z DNA.
Klonowanie niesie ze sobą jednak pewne zagrożenia. W eksperymentach zachodzi bowiem proces mieszania genów gatunków całkowicie niespokrewnionych (co oznacza, że w naturze po skrzyżowaniu, nie otrzymają one płodnego potomstwa). Oznacza to naruszenie granic wyznaczonych przez Matkę Naturę, których człowiek nie umie uszanować i z którymi nie chce się pogodzić. Oznacza to, że naruszamy naturalną równowagę, a jest to stan dzięki któremu na świecie panuje taka różnorodność.
Prowadzi to do przekonania, że możemy panować nad ewolucją, a na pewno nad większością aspektów naszego życia. Dzięki możliwości otrzymywania genów z naturalnych źródeł (od "dawców") naukowcy są w stanie otrzymywać i ulepszać rośliny i zwierzęta. Jednak to wciąż za mało, przemysł genetyczny dąży bowiem do uzyskania patentów na geny, dzięki którym możliwe jest otrzymanie nowego organizmu. Poprzez próbę zdobycia prawa własności do poszczególnych genów, próbuje się zdobyć prawa własności do panowania nad życiem. Może to doprowadzić do tego, że każda istota żywa będzie postrzegana jako produkt lub potencjalne źródło zysku. Wielonarodowe chemiczne korporacje już ostrzą sobie pazury, by rozszarpać prawa do rządzenia rolnictwem i zasobami żywności, którą mogą przecież produkować na zawołanie w nieograniczonych niemalże ilościach.
Inżynieria genetyczna ma ogromny wpływ na samą naturę życia. Zabawy z genami to nie przelewki - powstają w ich wyniku przecież żywe organizmy (zmutowane, co oznacza, że w zależności od charakteru mutacji albo są one przydatne albo nie). Na produkcji się wszakże nie kończy. Ciągle trwa promocja nowych, lepszych produktów w naszym życiu. GMO (ang.: genetically modified organisms), czyli organizmy genetycznie zmodyfikowane już pojawiają się na naszych stołach, a jeśli nie będziemy w stanie zapanować nad dalszymi badaniami, zalęgną się w każdej dziedzinie naszego życia. Najbardziej jednak przeraża fakt, że tak naprawdę nie jesteśmy w stanie przewidzieć skutków wprowadzenia takich organizmów do naszego życia. Jak powiedział dr Michael Antonio, wykładowca z dziedziny biologii molekularnej z Londynu:
"To jest niedoskonała technologia niosąca ze sobą zagrożenia... Najbardziej przerażający jest fakt, że efekty jej wprowadzenia są nieprzewidywalne".
Spodziewane efekty są co najmniej niepokojące. Przeciwnicy GMO i badań z dziedziny inżynierii genetycznej mają wiele argumentów po swojej stronie:
- skąd można wiedzieć, co jemy, skoro wszystko - wytworne wina czy zwykłe ziemniaki - może zawierać obce geny, które mogą pochodzić od szczurów, ciem, skorpionów, bakterii a nawet innych ludzi?
- w jaki sposób zrealizujemy zasady zrównoważonego rozwoju w rolnictwie i ochronimy wieś przed chemikaliami, jeżeli potężne korporacje produkujące genetycznie modyfikowane rośliny, są jednocześnie korporacjami promującymi wykorzystywanie pestycydów, które szkodzą zarówno środowisku jak i ludziom?
- jak można ochronić małe rozwijające się gospodarstwa rolne przyjazne środowisku i ludziom, jeżeli wielkie korporacje zajmujące się inżynierią genetyczną próbują opatentować różne gatunki roślin? Patent da im kontrolę rynku przez zdobycie "własności" do rośliny, jak również użytych genów, na bardzo długi, przeszło dwudziestoletni okres. Trzymając w ręku patent, korporacje te zmuszą rolników do płacenia wysokich cen za używanie nasion każdego roku. Tym sposobem jedynie bogaci farmerzy, którzy prowadzą ogromne gospodarstwa monokulturowe mają szansę na przetrwanie. Stopniowo, zdobywając kontrolę nad wszystkimi podstawowymi gatunkami zbóż na naszej planecie (czyli: pszenicą, kukurydzą i ryżem), kilka zaledwie korporacji, będzie mogło sprawować kontrolę nad całą żywnością, która trafia na nasze stoły
- jak ochronimy środowisko przed zmodyfikowanymi roślinami, jeśli staną się one chwastami, które atakują inne, istotne dla stabilności ekosystemów rośliny, które wypierają rzadkie gatunki i zabijają owady, truciznami jakie produkują?
- jakim sposobem ochronimy nasze zdrowie, jeśli nie jesteśmy w stanie dokładnie określić, jakie obce geny "wstrzyknięto" w naszą żywności? Osoby cierpiące na alergie nie będą mogły uniknąć składników, które je wywołują, bo nie będą wiedziały, że żywność je zawiera
- jak można kontrolować laboratoryjne próby uzyskania "doskonałego" pomidora albo "idealnego" kurczaka? Kiedy już uda się je wyprodukować, możliwe będzie, poprzez klonowanie, rozpoczęcie produkcji seryjnej. Tylko co będzie z niedoskonałym "egzemplarzami"? I co zrobimy, jeśli przemysł "rozwinie się" do tego stopnia, że możliwe będzie produkowanie "doskonałych" ludzi, którzy będą się nadawać do klonowania? Jeżeli byłoby to możliwe, istnieje pewne niebezpieczeństwo, że znajdzie się ktoś, kto gotów będzie klonować ludzi - znane są przecież doniesienia o pewnym fizyku, o niefortunnym nazwisku Seed (ang.: nasienie), chcącym otworzyć klinikę, umożliwiającą bezpłodnym parom posiadanie sklonowanego potomstwa.
- niebawem będą znane prawdopodobnie wszystkie ludzkie geny, a ilość możliwych do przeprowadzenia testów genetycznych znacznie się zwiększy. Zachodzi jednak obawa, że nastąpić może dyskryminacja przez pracodawców czy też firmy ubezpieczeniowe. Są już znane przypadki w USA, oraz w wielu innych krajach , gdzie podejmowane są inicjatywy, mające na celu wprowadzenie odpowiednich przepisów zabezpieczających przed zjawiskami tego typu
- jeszcze jednym zagadnieniem jest sprawa informacji o naszych genach i dostępu do niej. Już teraz w szeregu chorób dziedzicznych jest możliwe do ustalenia, kto odziedziczył wywołujące daną chorobę geny. W przypadku niektórych chorób - np. nowotworowych - stwarza to możliwość na wczesne wykrycie i wyleczenie. W wypadku innych, dla których nie ma obecnie żadnych metod leczenia - jak niektóre ciężkie choroby neurodegeneracyjne - nie wiadomo czy informacja o szansach na zachorowanie jest pożądana, a na pewno nie każdy chce to wiedzieć (podobnie jak nie każdy pragnie znać datę swojej śmierci)
- prawdopodobnie nigdy nie dowiemy się, jaki będzie wpływ GMO na przyszłość ludzkości na ziemi, jednak możemy być pewni jednej rzeczy: genetyczne modyfikowanie organizmów zmieni nasze otoczenie i jeśli nie podoba się to nam, należy działać szybko, bo wkrótce może być za późno, żeby powstrzymać ten proces.
Nie można jednak pozwolić, by opanowały nas negatywne odczucia. Nie możemy zapomnieć, że pomimo wielu zagrożeń, kontrolowany proces klonowania przynosi wymierne korzyści.
Jeśli wziąć pod uwagę ile chorób i zaburzeń wywoływanych jest mutacjami (czyli błędami w kodzie genetycznym dotyczącymi czasami zaledwie jednego genu - zaburza to jednak produkcję danego białka lub powoduje wytwarzanie na jego miejsce innego, niekorzystnego z punktu widzenia organizmu, co skutkuje wywołaniem choroby), inżynieria genetyczna jest jedyną nadzieją na uzyskanie jakichkolwiek metod walki z nimi. Większość chorób spowodowanych defektami genetycznymi nauka potrafi leczyć jedynie objawowo, co jednak nie prowadzi do usunięcia przyczyny, która wywołuje zaburzenia. W wypadku wielu chorób jedynym sposobem walki z nimi jest podawanie dawek brakujących białek (jest tak np. w przypadku hemofilii czy zaburzeń wywołanych brakiem hormonu wzrostu). Jednak pozyskiwanie takich białek stanowi ogromny problem, większości z nich nie można wszakże pobierać ich od innych ludzi, gdyż nie jest to krew ani inna tkanka, która ulega ciągłej produkcji w organizmie ludzkim. A nawet jeśli udaje się uzyskać je od dawców (jak np. czynniki krzepliwości krwi podawane hemofilitykom, a pobierane z krwi), zaprzestaje się stosowania takich metod, gdyż niemożliwym jest otrzymanie nieskażonej żadnymi zarazkami tkanki - zawsze będzie w niej coś, co może zaszkodzić biorcy. Zdarzały się wypadki zakażenia hemofilityków chorobą AIDS w wyniku podania czynnika IX z krwi niewłaściwie przebadanej osoby. Hormon wzrostu jest substancją, którą pozyskiwać można jedynie z ludzkiego mózgu, co ewidentnie nastręcza wiele trudności. Ponadto metoda, dzięki której jest to w ogóle możliwe także powodowała szereg zakażeń w wyniku podania nieczystej tkanki.
Z kolei stosowana w leczeniu cukrzycy insulina może być izolowana z tkanek zwierzęcych (z trzustek bydlęcych albo świńskich), jednak znacznie różni się od białka ludzkiego, co prowadzić może do nieznanych i niepożądanych efektów w terapii insulinowej.
Inżynieria genetyczna umożliwia zażegnanie takich problemów, poprzez możliwość klonowania genów kodujących przepis na dane białka. Istnieją bakterie, które produkują insulinę, hormon wzrostu i czynniki krzepliwości krwi w dużych ilościach, a można je otrzymać stosunkowo łatwo, a produkty te nie są skażone żadnymi patogenami wywołującymi ludzkie choroby. Zaczyna się także eksperymentować z większymi zwierzętami, których genom miałby zostać uprzednio odpowiednio zmodyfikowany, aby mogły one służyć do produkcji nie tylko enzymów czy białek, ale całych tkanek i organów.
Początkowo wielu było przeciwnych takim badaniom, zwłaszcza ze względu na możliwość przypadkowego wyprodukowania super-zjadliwego szczepu bakterii. Jednak szum wokół tych spraw przycichł już nieco, a na aptecznych półkach pojawia się rokrocznie coraz więcej leków wyprodukowanych metodami oferowanymi przez inżynierię genetyczną. Poza białkami leczącymi są także białka-szczepionki, stosowane głównie w prewencji przeciwwirusowej głównie w Wirusowym Zapaleniu Wątroby typu B, które pozyskuje się obecnie z komórek drożdży, którym klonuje się geny tego wirusa.
Powstają również transgeniczne rośliny, które dzięki manipulacjom genetycznym nabierają nowych walorów smakowych lub poprawia się ich wygląd. Transgeniczne myszy natomiast służą za modele do badań nad genetycznymi uszkodzeniami genomu ludzkiego.
Mimo zagrożenia jakie ze sobą niesie, przenoszenie genów jest niezmiernie przydatne. Można w ten sposób ulepszać niektóre organizmy, by czynić je bardziej przydatnymi dla człowieka. Dotyczy to zwłaszcza bakterii i wirusów, których sposobem ataku na komórkę gospodarza jest wdzieranie się do jej wnętrza i umieszczanie w jej DNA własnych fragmentów, co powoduje, że tak zmieniona komórka zaczyna produkować wirusowe bądź bakteryjne białka. Jeśli z takich patogenów usunięte zostaną geny bezpośrednio wywołujące chorobę, a ich miejsce zastąpią geny pożyteczne, można będzie wykorzystać te mikroorganizmy jako małe "maszynki" wszczepiające geny komórkom ludzkim w odpowiednie miejsce bez naruszania struktury tkankowej organizmu.
Poza tym można będzie dzięki inżynierii genetycznej ratować wymarłe gatunki zwierząt lub te, będące na skraju wymarcia. Naukowcom z Polski i Włoch we współpracy z badaczami Roslyn Intitute z Edynburga dokonali trudnej sztuki sklonowania wymierającego gatunku muflona europejskiego (Ovis musimon). Skorzystali oni z techniki, którą otrzymano słynną owieczkę Dolly. DNA pochodziło z komórek pęcherzyka jajnikowego samicy muflona. Komórki te zostały pobrane od zwierząt martwych w 18-24 godzin po śmierci. DNA pozyskane z komórki wprowadzono do dojrzałego oocytu pochodzącego od owcy domowej (Ovis aries), a następnie wszczepiono zarodek do macicy matki zastępczej, także pochodzącej z gatunku owiec domowych. Ciąża trwała 155 dni, po których na świat przyszedł mały muflon europejski (samica).
Po serii badań okazało się, że DNA nowonarodzonego muflona było identyczne z materiałem genetycznym dawcy i nie zawierało ani DNA komórki jajowej owcy, ani DNA matki zastępczej. Była to pierwsza zwieńczona sukcesem próba sklonowania, w której dawca materiału genetycznego i komórka jajowa biorcy pochodziły z dwóch różnych (choć całkiem blisko spokrewnionych) gatunków. Co ważniejsze, DNA pochodziło od martwego zwierzęcia, co utwierdziło naukowców w przekonaniu, że możliwe jest również wyizolowanie pełnowartościowego DNA nawet od dawno nieżyjących osobników. Może to umożliwić pomoc zamierającym liniom gatunkowym, choć oczywiście nie powinno zastąpić tradycyjnych metod ochrony takich zwierząt oraz ich siedlisk.
Taki sposób klonowania może także pomóc w wytwarzaniu "części zamiennych" (np. mięśnia sercowego, nerek, wątroby czy tkanki nerwowej), dzięki którym możliwe stanie się wyleczenie wielu obecnie niemożliwych do wyleczenia chorób, jak: choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, nowotwory czy uszkodzenia rdzenia kręgowego. Taka medyczna rewolucja mogłaby zostać porównana jedynie z odkryciem antybiotyków.
Jaka jest lista korzyści jakie inżynieria genetyczna może przynieść ludzkości?
- produkcja roślin, które zawierać będą w swoich liściach związki chemiczne zabijające owady, grzyby i inne patogeny
- produkcja roślin użytkowych, które można będzie uprawiać na glebach zanieczyszczonych, suchych i zasolonych
- produkcja roślin wytwarzających grudki tworzyw sztucznych, które można zbierać z ich liści
- produkcja pszenicy, ziemniaków i inne rośliny użytkowe, które będą potrafiły samodzielnie pochłaniać azot z powietrza i przetwarzać go, a następnie używać do produkcji białek eliminując stosowanie drogich nawozów
- produkcja pomidorów i innych owoców, które zachowywać będą świeżość dłużej niż obecnie znane odmiany
- wytworzenie bakterii żywiących się odpadami z przeróbki ropy naftowej, a także bakterii oczyszczających z domieszek rudy i produkujących czyste metale
- hodowla zwierząt, które dzięki zmianom w genomie będą znacznie większe niż obecnie
- hodowla owiec i krów, które w swym mleku zawierać będą ludzkie hormony wzrostowe, antybiotyki i czynniki krzepliwości krwi (co częściowo możliwe jest już dziś)
- XXI w. prawdopodobnie przyniesie możliwość leczenia przyczyn chorób genetycznych, poprzez podawanie pacjentom na nie cierpiącym "zdrowych'' genów, które umożliwią produkcję brakujących białek. Tego typu terapie są obecnie w różnych stadiach badań klinicznych, tak jak metody leczenia nowotworów, m. in. poprzez wprowadzanie genów, które nie ulegają ekspresji (są nieczynne) w komórkach nowotworowych
Naukowcy jednak sceptycznie podchodzą do teorii o produkcji superczłowieka lub klonowania ludzi bez zmian w konstrukcji kwasu dezoksyrybonukleinowego. Jest to obecnie prawie niemożliwie - Dolly była jedynym, z ponad 300, udanym eksperymentem sklonowania. Oznacza to, że z ponad 300 komórek zapłodnionych tym samym DNA, jedynie jedna zdołała rozwinąć się z pełni zdrowy organizm. Ewidentnie nikt nie odważy się przeprowadzić takich eksperymentów na człowieku, gdyż mogłoby to wywołać spore niezadowolenie wśród społeczeństw, w których wiara w Boga i Jego domenę jest tak silna, że nigdy nie zezwolą by jakakolwiek nauka naruszyła te granice.
Inżynierowie genetyczni nie uważają jednak za niemoralne klonowanie człowieka czy zmienianie natury na naszą korzyść. Wiadomo przecież, że ewolucja wyklucza gatunki słabe z istnienia, a jeśli człowiek jest na tyle silnym gatunkiem, by zapanować nad wszystkimi innymi, może ma więc predyspozycje do kierowania naturą na własną korzyść. Brzmi to jak herezja, jednak wielu badaczy wierzy, że tak właśnie mogłoby być.
Inżynieria genetyczna wkroczyła juz w wiele dziedzin naszego życia. W nauki medyczne i farmaceutyczne (umożliwia produkcję leków i składników terapeutycznych). W gastronomię, gdzie pojawia się coraz więcej syntetycznych przypraw i potraw "w 3 minuty" albo sosów w proszku. Czy wreszcie w rolnictwo, gdzie pojawia się coraz więcej genetycznie modyfikowanych odmian roślin i zwierząt o wyższej jakości. Możliwości wykorzystania inżynierii genetycznej są niezmiernie szerokie, należy tylko pamiętać, by korzystać z niej zgodnie z jej przeznaczeniem i nie ingerować w naturę bardziej niż to konieczne. Powszechnie przecież wiadomo, że każde narzędzie użyte w niewłaściwy sposób może powodować ogromne szkody.
