ziemia
Autor: Magdalena Czemplik | dodano: 2012-07-05
GMO dla opornych

Od kilkunastu lat toczą się dyskusje na temat organizmów zmodyfikowanych genetycznie(GMO, ang. genetically modified organisms). Opinie płyną z ust zarówno naukowców, dziennikarzy, jak i polityków. Na podstawie tych różnych poglądów usiłujemy wyrobić sobie własne zdanie. Jest to bardzo trudne, gdyż po prześledzeniu wszystkich informacji pozostaje w głowie niebywały mętlik.

Zanim zaczniemy wyrabiać sobie „własne zdanie", poznajmy zatem podstawy, aby dyskusja o GMO była oparta na naukowym obiektywizmie. Co to jest gen, co to jest GMO, jak modyfikuje się organizmy, jakie korzyści i jakie niebezpieczeństwa są konsekwencją inżynierii genetycznej roślin? Geny u roślin są podstawową fizyczną i funkcjonalną jednostką dziedziczności, decydują o wszelkich cechach organizmów. Występują w postaci ciągłej sekwencji zasad tworzących kodony wzdłuż nici DNA. Sekwencja ta tworzy kod genetyczny, w którym jest zawarta instrukcja dla komórki, jak ma ona skonstruować poszczególne białka. Jest to tzw. ekspresja genów, proces, w którym informacja zawarta w genie jest odczytana i przepisana na jego produkt, czyli na sekwencję aminokwasów białka.

Czynności genów są ściśle regulowane przez inne odcinki cząsteczki DNA, mogą też ulec zmianie na skutek mutacji sekwencji zasad. Genom roślinny, czyli pula jej wszystkich genów, jest jednym z bardziej skomplikowanych spośród wszystkich żyjących organizmów. Zawiera w sobie trzy oddziałujące ze sobą genomy. Oprócz genów zawartych w jądrze komórkowym, są jeszcze geny zlokalizowane w plastydach i mitochondriach. Organelle te można nazwać po części autonomicznymi - mają własne, funkcjonalne geny, ale nie syntezują swoich własnych białek. Genom roślinny zawiera między 20-60 tys. genów, z czego 15-35% to geny odpowiadające za syntezę metabolitów wtórnych. Sekwencje kodujące białka (geny strukturalne) zawierają tylko część całkowitego DNA. W zależności od rozmiaru genomu, czyli od zawartości całkowitego DNA, kodujący DNA stanowi od 0,02% do ok. 30%. Sekwencje niekodujące stanowią zatem od powyżej 90% do 70% całkowitej zawartości DNA.

Transformacja
Rozwój technik biologii molekularnej i umiejętność sekwencjonowania DNA umożliwiły badanie struktury, organizacji oraz ekspresji genów. Metody inżynierii genetycznej pozwoliły na izolację i charakterystykę poszczególnych fragmentów DNA za pomocą klonowania ich do komórek bakteryjnych, w których mogą być powielane w celu uzyskania większych ilości wymaganych do analiz. Można zatem powielić dowolny gen z jednego organizmu i wprowadzić go do drugiego. W ten sposób powstaje organizm genetycznie zmodyfikowany. Proces ten jest jednak o wiele bardziej skomplikowany, wymaga odpowiedniego przygotowania modyfikowanej rośliny i wprowadzanych genów, użycia organizmów pośredniczących w przenoszeniu genów, tzw. wektorów, którymi w przypadku modyfikacji roślin mogą być komórki bakteryjne. Proces wprowadzania obcych genów do roślin nazywamy transformacją. Pierwszym krokiem do efektywnej transformacji roślin jest wybranie i powielenie genu, który chcemy wprowadzić do rośliny. Gen ten musi zostać namnożony in vitro i w klonowany (wprowadzony) do odpowiedniego wektora. Jednym z wektorów roślinnych jest bakteria Agrobacterium tumefaciens. Jest to mikroorganizm żyjący w glebie, który ma naturalną zdolność wprowadzania fragmentów swojego plazmidowego DNA (plazmid - kolista cząsteczka DNA występująca w bakteriach obok DNA chromosomowego, zdolna do niezależnej replikacji, zawiera zwykle geny oporności na antybiotyki) do genomu rośliny.

Bakteria ta wnika w miejscu zranienia przez uszkodzone tkanki rośliny, powodując powstanie tkanki przyrannej, tzw. kallusa, co jest widoczne w postaci charakterystycznej białej narośli w miejscu zranienia. Węglowodany i fenylopropanoidy wydzielane przez zranioną roślinę są nie tylko sygnałem dla bakterii o możliwości rozpoczęcia infekcji, ale także indukują ekspresję bakteryjnych genów wirulencji. Geny wirulencji są zlokalizowane w Agrobacterium na specyficznej cząsteczce plazmidu zwanej plazmidem Ti (ang. Tumor-inducing), który zawiera przenoszone fragmenty DNA (T-DNA, ang. transferred DNA). Agrobacterium przenosi T-DNA, który koduje różne białka, m.in. hormony i enzymy niezbędne do powstawania kallusa oraz syntezy opin, niskocząsteczkowych związków pochodnych aminokwasów i kwasów karboksylowych, wykorzystywanych przez bakterie jako pokarm.

Krok po kroku
Naukowcy postanowili wykorzystać tę wyjątkową zdolność infekowania zranionych tkanek przez Agrobacterium i właśnie za pomocą tej bakterii wprowadzać wybrane geny do roślin. Jeśli z plazmidu Ti usunie się geny chorobowe oraz geny syntezy opin i zastąpi je jakimkolwiek innym DNA (tzw. insert), to bakteria przekaże insert do rośliny, tak jak zrobiłaby to z niezmienionym T-DNA. Jako że insert pozbawiony będzie genów chorobowych, to zmodyfikowane rośliny nie będą wykazywały żadnych objawów zakażenia. Odpowiednio przygotowany do wprowadzenia gen, zawierający sekwencję regulującą jego ekspresję (promotor) oraz sekwencję sygnalizującą koniec ekspresji (terminator), jest wklonowywany najpierw do plazmidu Ti Agrobacterium. Następnie namnaża się bakterie zawierające Ti plazmid z wklonowanym genem w postaci płynnej hodowli. Kolejnym krokiem jest odpowiednie przygotowanie roślin do transformacji. Najczęściej używa się liści, wierzchołków wzrostu, zarodków albo korzeni. Aby uzyskać efekt zranienia, tkanki te się nacina. Tak przygotowane fragmenty roślin inkubuje się z hodowlą bakteryjną w odpowiednich warunkach laboratoryjnych. Wówczas zachodzi proces wbudowania insertu do genomu rośliny. Po inkubacji odpłukuje się bakterie, a fragmenty tkanek roślinnych przenosi na agarową pożywkę pobudzającą regenerację. Pojedyncza komórka roślinna ma szczególną zdolność do odtworzenia całej rośliny, a cecha ta jest określana mianem totipotencji.

Totipotencjalność komórek roślinnych umożliwia regenerację roślin z pojedynczych komórek somatycznych. Dzięki odpowiedniemu dobraniu składu pożywki do regeneracji roślin możliwe jest wyeliminowanie pozostałych bakterii przez zastosowanie antybiotyku oraz stymulowanie powstawania pędów i korzeni u nowo powstałych roślin (regenerantów) przez zastosowanie odpowiednich fitohormonów. Niezbędne jest także potwierdzenie obecności wprowadzonego insertu (transgenu) w zregenerowanych roślinach, co możliwe jest przy wykorzystaniu metody PCR, lub sprawdzenie, czy następuje ekspresja białka, metodą zwaną hybrydyzacją northern (ang. northern blotting).
Przemieszczanie się insertu do genomu rośliny trwa kilka mikrosekund, ale prace nad otrzymaniem roślin transgenicznych trwają nawet kilka lat. Trzeba sprawdzić, czy wbudowanie transgenu nastąpiło na stałe, w ilu kopiach, czy gen wykazuje ekspresję zgodną z oczekiwaną (np. w określonych tkankach), czy skutecznie wyeliminowano Agrobacterium, czy nie wystąpiły inne niepożądane zmiany. Transformanty są uprawiane w kulturach tkankowych in vitro, a następnie przenoszone do ziemi i uprawiane w warunkach polowych. Konieczna jest analiza dziedziczenia transgenu oraz porównanie fenotypu roślin transgenicznych do roślin niemodyfikowanych.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 09/2010 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
03/2020
02/2020
Kalendarium
Luty
21
W 1936 r. uruchomiono kolej linową na Kasprowy Wierch
Warto przeczytać
Jak można zmieścić całą wiedzę ludzkości w jednej książce? Z pozoru wydaje się to niemożliwe, jednak wszystko stanie się jasne, jeśli dodamy, że tą książką jest poradnik dla podróżujących w czasie, którzy bezpowrotnie utknęli w odległej przeszłości.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Magdalena Czemplik | dodano: 2012-07-05
GMO dla opornych

Od kilkunastu lat toczą się dyskusje na temat organizmów zmodyfikowanych genetycznie(GMO, ang. genetically modified organisms). Opinie płyną z ust zarówno naukowców, dziennikarzy, jak i polityków. Na podstawie tych różnych poglądów usiłujemy wyrobić sobie własne zdanie. Jest to bardzo trudne, gdyż po prześledzeniu wszystkich informacji pozostaje w głowie niebywały mętlik.

Zanim zaczniemy wyrabiać sobie „własne zdanie", poznajmy zatem podstawy, aby dyskusja o GMO była oparta na naukowym obiektywizmie. Co to jest gen, co to jest GMO, jak modyfikuje się organizmy, jakie korzyści i jakie niebezpieczeństwa są konsekwencją inżynierii genetycznej roślin? Geny u roślin są podstawową fizyczną i funkcjonalną jednostką dziedziczności, decydują o wszelkich cechach organizmów. Występują w postaci ciągłej sekwencji zasad tworzących kodony wzdłuż nici DNA. Sekwencja ta tworzy kod genetyczny, w którym jest zawarta instrukcja dla komórki, jak ma ona skonstruować poszczególne białka. Jest to tzw. ekspresja genów, proces, w którym informacja zawarta w genie jest odczytana i przepisana na jego produkt, czyli na sekwencję aminokwasów białka.

Czynności genów są ściśle regulowane przez inne odcinki cząsteczki DNA, mogą też ulec zmianie na skutek mutacji sekwencji zasad. Genom roślinny, czyli pula jej wszystkich genów, jest jednym z bardziej skomplikowanych spośród wszystkich żyjących organizmów. Zawiera w sobie trzy oddziałujące ze sobą genomy. Oprócz genów zawartych w jądrze komórkowym, są jeszcze geny zlokalizowane w plastydach i mitochondriach. Organelle te można nazwać po części autonomicznymi - mają własne, funkcjonalne geny, ale nie syntezują swoich własnych białek. Genom roślinny zawiera między 20-60 tys. genów, z czego 15-35% to geny odpowiadające za syntezę metabolitów wtórnych. Sekwencje kodujące białka (geny strukturalne) zawierają tylko część całkowitego DNA. W zależności od rozmiaru genomu, czyli od zawartości całkowitego DNA, kodujący DNA stanowi od 0,02% do ok. 30%. Sekwencje niekodujące stanowią zatem od powyżej 90% do 70% całkowitej zawartości DNA.

Transformacja
Rozwój technik biologii molekularnej i umiejętność sekwencjonowania DNA umożliwiły badanie struktury, organizacji oraz ekspresji genów. Metody inżynierii genetycznej pozwoliły na izolację i charakterystykę poszczególnych fragmentów DNA za pomocą klonowania ich do komórek bakteryjnych, w których mogą być powielane w celu uzyskania większych ilości wymaganych do analiz. Można zatem powielić dowolny gen z jednego organizmu i wprowadzić go do drugiego. W ten sposób powstaje organizm genetycznie zmodyfikowany. Proces ten jest jednak o wiele bardziej skomplikowany, wymaga odpowiedniego przygotowania modyfikowanej rośliny i wprowadzanych genów, użycia organizmów pośredniczących w przenoszeniu genów, tzw. wektorów, którymi w przypadku modyfikacji roślin mogą być komórki bakteryjne. Proces wprowadzania obcych genów do roślin nazywamy transformacją. Pierwszym krokiem do efektywnej transformacji roślin jest wybranie i powielenie genu, który chcemy wprowadzić do rośliny. Gen ten musi zostać namnożony in vitro i w klonowany (wprowadzony) do odpowiedniego wektora. Jednym z wektorów roślinnych jest bakteria Agrobacterium tumefaciens. Jest to mikroorganizm żyjący w glebie, który ma naturalną zdolność wprowadzania fragmentów swojego plazmidowego DNA (plazmid - kolista cząsteczka DNA występująca w bakteriach obok DNA chromosomowego, zdolna do niezależnej replikacji, zawiera zwykle geny oporności na antybiotyki) do genomu rośliny.

Bakteria ta wnika w miejscu zranienia przez uszkodzone tkanki rośliny, powodując powstanie tkanki przyrannej, tzw. kallusa, co jest widoczne w postaci charakterystycznej białej narośli w miejscu zranienia. Węglowodany i fenylopropanoidy wydzielane przez zranioną roślinę są nie tylko sygnałem dla bakterii o możliwości rozpoczęcia infekcji, ale także indukują ekspresję bakteryjnych genów wirulencji. Geny wirulencji są zlokalizowane w Agrobacterium na specyficznej cząsteczce plazmidu zwanej plazmidem Ti (ang. Tumor-inducing), który zawiera przenoszone fragmenty DNA (T-DNA, ang. transferred DNA). Agrobacterium przenosi T-DNA, który koduje różne białka, m.in. hormony i enzymy niezbędne do powstawania kallusa oraz syntezy opin, niskocząsteczkowych związków pochodnych aminokwasów i kwasów karboksylowych, wykorzystywanych przez bakterie jako pokarm.

Krok po kroku
Naukowcy postanowili wykorzystać tę wyjątkową zdolność infekowania zranionych tkanek przez Agrobacterium i właśnie za pomocą tej bakterii wprowadzać wybrane geny do roślin. Jeśli z plazmidu Ti usunie się geny chorobowe oraz geny syntezy opin i zastąpi je jakimkolwiek innym DNA (tzw. insert), to bakteria przekaże insert do rośliny, tak jak zrobiłaby to z niezmienionym T-DNA. Jako że insert pozbawiony będzie genów chorobowych, to zmodyfikowane rośliny nie będą wykazywały żadnych objawów zakażenia. Odpowiednio przygotowany do wprowadzenia gen, zawierający sekwencję regulującą jego ekspresję (promotor) oraz sekwencję sygnalizującą koniec ekspresji (terminator), jest wklonowywany najpierw do plazmidu Ti Agrobacterium. Następnie namnaża się bakterie zawierające Ti plazmid z wklonowanym genem w postaci płynnej hodowli. Kolejnym krokiem jest odpowiednie przygotowanie roślin do transformacji. Najczęściej używa się liści, wierzchołków wzrostu, zarodków albo korzeni. Aby uzyskać efekt zranienia, tkanki te się nacina. Tak przygotowane fragmenty roślin inkubuje się z hodowlą bakteryjną w odpowiednich warunkach laboratoryjnych. Wówczas zachodzi proces wbudowania insertu do genomu rośliny. Po inkubacji odpłukuje się bakterie, a fragmenty tkanek roślinnych przenosi na agarową pożywkę pobudzającą regenerację. Pojedyncza komórka roślinna ma szczególną zdolność do odtworzenia całej rośliny, a cecha ta jest określana mianem totipotencji.

Totipotencjalność komórek roślinnych umożliwia regenerację roślin z pojedynczych komórek somatycznych. Dzięki odpowiedniemu dobraniu składu pożywki do regeneracji roślin możliwe jest wyeliminowanie pozostałych bakterii przez zastosowanie antybiotyku oraz stymulowanie powstawania pędów i korzeni u nowo powstałych roślin (regenerantów) przez zastosowanie odpowiednich fitohormonów. Niezbędne jest także potwierdzenie obecności wprowadzonego insertu (transgenu) w zregenerowanych roślinach, co możliwe jest przy wykorzystaniu metody PCR, lub sprawdzenie, czy następuje ekspresja białka, metodą zwaną hybrydyzacją northern (ang. northern blotting).
Przemieszczanie się insertu do genomu rośliny trwa kilka mikrosekund, ale prace nad otrzymaniem roślin transgenicznych trwają nawet kilka lat. Trzeba sprawdzić, czy wbudowanie transgenu nastąpiło na stałe, w ilu kopiach, czy gen wykazuje ekspresję zgodną z oczekiwaną (np. w określonych tkankach), czy skutecznie wyeliminowano Agrobacterium, czy nie wystąpiły inne niepożądane zmiany. Transformanty są uprawiane w kulturach tkankowych in vitro, a następnie przenoszone do ziemi i uprawiane w warunkach polowych. Konieczna jest analiza dziedziczenia transgenu oraz porównanie fenotypu roślin transgenicznych do roślin niemodyfikowanych.