Osiągnięcia inżynierii genetycznej

Osiągnięcia inŜynierii genetycznej
InŜynieria genetyczna przypomina trochę łamigłówkę. Naukowcy przypisują fragmentowi
DNA organizmu pewną funkcję na podstawie obserwacji jego aktywności, następnie
wycinają (izolują) badany fragment i umieszczają go przewaŜnie przy pomocy przekaźnika
(wektora) w innym organizmie. Kolejnym etapem jest obserwacja efektu tego połączenia.
Niejednokrotnie badacze oczekują konkretnych zmian, podczas gdy okazuje się, Ŝe wraz z
planowaną pozytywną zmianą pojawia się równieŜ cecha niepoŜądana lub oczekiwany efekt
w ogóle nie wystąpi. Nierzadko wystarczy praca nad wyizolowanym genem, aby uzyskać
zamierzony efekt, często jednak „wina” leŜy po stronie biorcy i naleŜy wówczas zrezygnować
z dotychczas badanego organizmu Ŝywego na rzecz poszukiwań innego organizmu
docelowej genetycznej modyfikacji.
W ogólnym zamyśle modyfikacje genetyczne organizmów mają słuŜyć dobru człowieka
poprzez wymierne korzyści ekonomiczne i społeczne. Celem tworzenia i komercjalizacji
organizmów
(GMO)
genetycznie
jest
rozwój
modyfikowanych
gospodarki,
ulepszanie
technologii wytwarzania leków, usprawnienie
procesów w przetwórstwie spoŜywczym, a takŜe
poprawa wydajności upraw w sektorze rolnym.
Korzyści
ekonomiczne
oscylują
wokół
zmniejszenia wydatków na nawozy sztuczne i
herbicydy,
intensyfikacji
wykorzystania
niesprzyjających
Korzyści
pod
uprawy
rolnictwu
społeczne
wzbogacanie
zmodyfikowanych
plonów
przestrzeni
(abiotycznych).
natomiast
roślin
(GM)
w
oraz
zapewnia
genetycznie
poŜądane
składniki
odŜywcze,
pomnaŜanie
substancji
chemicznych naturalnie występujących w roślinie, a takŜe wpływ na wygląd zewnętrzny oraz
trwałość. Niezmiernie waŜnym z punktu widzenia konsumenta aspektem jest moŜliwość
obniŜania zdolności do wywoływania alergii (alergenności) przez produkty spoŜywcze,
poprzez genetyczną eliminację alergennych białek roślinnych.
W celu podkreślenia róŜnorodności rozwiązań jakie przynosi inŜynieria genetyczna naleŜy
przyjrzeć się kilku przykładom organizmów genetycznie zmodyfikowanych. Z ekonomicznego
punktu widzenia jedną z najwaŜniejszych cech roślin GM powinna być odporność na choroby
roślinne, insekty oraz środki chwastobójcze. Przykładem organizmu odpornego na insekty
1
jest kukurydza Bt, zawierająca w swym materiale genetycznym fragment DNA bakterii, który
odpowiada za produkcję toksycznego dla szkodników białka. Ten sam gen ma zastosowanie
równieŜ w genetycznej modyfikacji ziemniaków, pomidorów, bawełny oraz ryŜu. W
przypadku ryŜu powstała takŜe odmiana odporna na gąsienice zawierająca w DNA gen
pobrany z roślin strączkowych. Innym przykładem odporności na szkodniki jest odmiana
ziemniaka z genem pobranym z przebiśniegu. Równie waŜna z ekonomicznego punktu
widzenia jest kwestia odporności roślin GM na drobnoustroje chorobotwórcze
(patogeny). Dorobek inŜynierii genetycznej na tym polu to m. in. odporność ryŜu na chorobę
bakteryjną zwaną plamistością pędów oraz pomidory odporne na zakaŜenia grzybicze i
bakteryjne.
Przeszczepienie do papai genu wirusa plamki pierścieniowej zaowocowało
odpornością rośliny na zakaŜenie właśnie tym patogenem. Innymi roślinami GM odpornymi
na patogeny są banany, dynia, cukinia i ziemniaki. Do cech przemawiających za aspektem
ekonomicznym naleŜy równieŜ zaliczyć odporność roślin GM na środki chwastobójcze
(herbicydy). Dzięki metodom inŜynierii genetycznej moŜna otrzymać pomidory, które
poprzez
wszczepienie
genów
bakteryjnych wykazują tolerancję na
najpopularniejsze
Odporność
herbicydy.
na
preparaty
chwastobójcze zaszczepiono równieŜ
w buraku cukrowym, rzepaku, rzepiku,
cykorii, soi, bawełnie, ziemniakach,
kukurydzy i tytoniu. Kolejnym dość
powaŜnym problemem o wymiarze
ekonomicznym jest wraŜliwość roślin
uprawnych na zmienne warunki środowiskowe. GMO odporne na niesprzyjające warunki
są na razie w fazie badań laboratoryjnych. Naukowcom udało się w ten sposób otrzymać
odporne na przymrozki truskawki GM z genem flądry arktycznej, ryŜ odporny na wysokie
zasolenie gleb oraz pszenicę o znacznej tolerancji na niskie temperatury. Obecnie większość
uprawnych odmian GM wykazuje odporność na jeden z ww. czynników stresowych, jednak
celem dalszych badań jest uzyskanie odmian wielokrotnie transgenicznych (z więcej niŜ
jednym nowym genem), które będą się charakteryzować kilkoma właściwościami.
Nie mniej waŜne od ekonomicznych przyczyn modyfikacji genetycznych organizmów jest
tworzenie odmian GM przynoszących wymierne korzyści konsumentowi. Mikroorganizmy
GM charakteryzuje zdolność wytwarzania specyficznych enzymów, niezbędnych w
przetwórstwie owocowo-warzywnym oraz substancji odŜywczych potrzebnych człowiekowi.
śywność wytworzona przy zastosowaniu GMO nie róŜni się znacznie smakiem i/lub
2
zapachem od Ŝywności tradycyjnej, ale moŜe być wzbogacona w składniki, które występują
w niewielkich ilościach w odmianie pierwotnej.
Do przykładów zmodyfikowanych
drobnoustrojów moŜemy zaliczyć bakterię, uczestniczącą w produkcji przeciwzapalnego
związku w jelicie człowieka, dodawaną do preparatów stosowanych w leczeniu wrzodów i
cięŜkich zapalnych schorzeń jelit (zastosowanie in vivo).
Innym przykładem są GM
bakterie produkujące naturalne antybiotyki, które mogą w przyszłości zastąpić konserwanty
(zastosowanie in vitro). Metodami inŜynierii genetycznej otrzymano równieŜ bakterie
syntezujące duŜe ilości kwasów omega-3. Mikroorganizmy GM słuŜą takŜe do produkcji
zamienników sacharozy, aromatów oraz witamin. Przetwórstwo spoŜywcze opiera się na
wielu reakcjach enzymatycznych, na potrzeby których enzymy wytwarzają GMO.
Mikroorganizmy transgeniczne (zawierające nowy gen) są wykorzystywane m.in. w
browarnictwie, produkcji wina i innych alkoholi, wypieku chleba, produkcji kiszonek, jogurtu,
sera oraz przetwórstwie mięsnym i rybnym.
Równie waŜne jak mikroorganizmy GM są ulepszane przy pomocy inŜynierii genetycznej
organizmy wyŜsze. Jedną z roślin uprawnych GM najczęściej poddawanych modyfikacjom
jest soja. Ma ona zastosowanie m.in. jako bogate źródło hormonów roślinnych
(fitoestrogenów)
o
znaczeniu
terapeutycznym w okresie menopauzy.
Fitoestrogeny
dla
farmaceutycznego
przemysłu
syntezuje
dzięki
genowi z soi równieŜ rzodkiewnik
pospolity. Do produkcji tofu uzyskano z
kolei soję GM o obniŜonej zawartości
tych
hormonów.
Udało
się
takŜe
uzyskać soję o wysokiej zawartości
ferrytyny (białka odpowiedzialnego za przyswajanie Ŝelaza) i obniŜonej ilości białek
alergennych.
Soja jest najpopularniejsza jednak naleŜy podkreślić, Ŝe pionierem w tej
dziedzinie był pomidor, którego odmiana Flavr-Savr znalazła się w regularnej sprzedaŜy.
Cechą charakterystyczną tego warzywa była przedłuŜona trwałość, odporność na gnicie oraz
większa jędrność i odporność na pękanie. Pomidory poddawane są równieŜ skutecznej
modyfikacji w kierunku podwyŜszenia zawartości skrobi oraz β-karotenu a takŜe zmiany
smaku na słodszy. Innym przykładem rośliny, którą zmieniła na potrzeby konsumentów
inŜynieria genetyczna jest rzepak. Powstałe odmiany nie wytwarzają nienasyconych kwasów
tłuszczowych a jednocześnie są bogate w kwasy nasycone. Celem tej modyfikacji było
ulepszenie przemysłowej produkcji margaryn i substytutów masła. Bardzo głośnym
projektem inŜynierii genetycznej były prace nad transgeniczną odmianą ryŜu o nazwie
3
Golden Rice, później Golden Rice 2, który ma dostarczać więcej witaminy A i Ŝelaza, tak
potrzebnych w ramach profilaktyki zdrowotnej w krajach Trzeciego Świata.
Z innych osiągnięć inŜynierii genetycznej dotyczących roślin uprawnych naleŜy wymienić
buraki cukrowe o mniejszej kaloryczności oraz ziemniaki o zwiększonej lub zmniejszonej
zawartości skrobi. Dzięki wprowadzeniu nowego genu udało się uzyskać słodką odmianę
ziemniaka i ogórka. Metodami inŜynierii genetycznej otrzymano równieŜ odmianę ziemniaka
o obniŜonej zawartości toksycznego związku (solaniny) oraz ziemniaki odporne na
ciemnienie pouderzeniowe. Naukowcom udało się dotychczas stworzyć takŜe orzeszki
ziemne i brazylijskie o obniŜonej zawartości alergenów oraz owoce cytrusowe i winogrona
bez pestek. W laboratoriach powstała równieŜ transgeniczna odmiana kawy i herbaty o
obniŜonej zawartości kofeiny. Właściwości organoleptyczne produktów poprawiono w
przypadku marchwi i selera, których odmiany GM charakteryzują się długotrwałą kruchością.
Na szczególną uwagę zasługuje równieŜ kapusta, zawierająca wyizolowane z alg i grzybów
geny odpowiedzialne za wytwarzanie nienasyconych kwasów tłuszczowych omega-3 i
omega-6.
Rośliny transgeniczne są konstruowane takŜe w celu produkcji substancji korzystnych z
farmakologicznego punktu widzenia. Warto wspomnieć o bioformingu, czyli próbach
stworzenia jadalnych szczepionek. W Instytucie Chemii Bionieorganicznej PAN uzyskano
modyfikowaną genetycznie sałatę, która działając jak szczepionka moŜe chronić przed WZW
typu B. (JB)
Źródła informacji:
•
McHughen A.: śywność modyfikowana genetycznie. Poradnik konsumenta; Wydawnictwa NaukowoTechniczne, Warszawa 2004
•
Michalska A., Twardowski T. i in.: KOD Korzyści, Oczekiwania, Dylematy biotechnologii, Agencja EDYTOR,
Poznań 2001
•
Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B.: Normy Ŝywienia człowieka, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa
2008
•
Ciborowska H., Rudnicka A.: Dietetyka. śywienie zdrowego i chorego człowieka, Wydawnictwo Lekarskie
PZWL, Warszawa 2007
•
Tańska I.: Awantura o ziemniaka, Wiedza i Ŝycie, 2008, 11
•
Koziński A.: Biotechnologia talerza, Wprost, 2004, 24
•
Fober I.: Dla głodnych i bogatych, Przegląd Techniczny, 2008
•
Kubiak J.: Sałatka z mutantami, Tygodnik Powszechny, 2003, 37
•
Chełstowski J.: Transgeniczne rośliny a organizm człowieka, Aura, 2000, 11
•
Simons C.: InŜynierowie od ryŜu, Newsweek Polska, 2005, 7
•
Silver L.M.: Wieprzowina z laboratorium, Newsweek Polska, 2006, 13
•
Wojtasiński Z.: Kto głupieje od jedzenia, Wprost, 2008, 11
•
Gawędzki J., Mossor-Pietraszewska T. i in.: Kompendium wiedzy o Ŝywności, Ŝywieniu i zdrowiu,
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006
•
Libudzisz Z., Kowal K., śakowska Z. i in.: Mikrobiologia techniczna, tom 2, Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 2008
•
Bednarski W., Reps A. i in.: Biotechnologia Ŝywności, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001
•
Boba A.: śywność genetycznie modyfikowana - korzyści i zagroŜenia; Zakład śywienia Człowieka,
Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław 2010
•
http://www.megapedia.pl/owoc-papaja.html
•
http://pomidorki.com.pl/index.phtml
•
http://www.we-dwoje.pl/ziemniak,tag,53869.html
4