Organizmy transgeniczne

1. Organizmy transgeniczne

2. Czym jest organizm transgeniczny (GMO) Budowa DNA Pozyskiwanie DNA z komórek Metody tworzenia organizmów transgenicznych

3. Przykłady organizmów transgenicznych Uprawa roślin i hodowla zwierząt transgenicznych Argumenty za i przeciw tworzeniu (GMO)

4. Co to jest organizm transgeniczny?

5. W Ustawie o GMO zapisana jest definicja: Organizm modyfikowany genetycznie to organizm inny niż organizm człowieka, w którym materiał genetyczny został zmieniony w sposób nie zachodzący w warunkach naturalnych wskutek krzyżowania lub naturalnej rekombinacji, w szczególności przy zastosowaniu: - technik rekombinacji DNA z użyciem wektorów, w tym tworzenia materiału genetycznego poprzez włączenie do wirusa, plazmidu lub każdego innego wektora cząsteczek DNA wytworzonych poza organizmem i włączenie ich do organizmu biorcy, w którym w warunkach naturalnych nie występują, ale w którym są zdolne do ciągłego powielania, - technik stosujących bezpośrednie włączenie materiału dziedzicznego przygotowanego poza organizmem, a w szczególności:mikroiniekcji, makroiniekcji i mikrokapsułkowania, - metod nie występujących w przyrodzie dla połączenia materiału genetycznego co najmniej dwóch różnych komórek, gdzie w wyniku zastosowanej procedury powstaje nowa komórka zdolna do przekazywania swego materiału genetycznego odmiennego od materiału wyjściowego komórkom potomnym.

6. Budowa DNA

7. DNA składa się z: • Zasad azotowych: • Adeniny (A) • Guaniny (G) • Cytozyny (C) • Tyminy (T) • Cukru: • dezoksyrybozy (D) Reszty kwasu fosforowego (P)

8. Komplementarne dobieranie zasad T A Tymina Adenina Cytozyna Guanina

9. Podwójne wiązanie wodorowe A=T Deoksyryboza - cukier Reszta kwasu fosforowego Potrójne wiązanie wodorowe C G

10. Podwójna helisa DNA

11. Pozyskiwanie DNA z komórek

12. Izolacja i oczyszczenie DNA tkanka mięśniowa- gładka rozdrobnienie tkanki Dodanie: 1. Detergentu, 2. Proteaz 3. Enatolu

13. Cięcie enzymami restrykcyjnymi Enzymy restrykcyjne • Przecinają DNA w określonych miejscach • Pozyskiwane są z bakterii • Istnieje bardzo wiele enzymów, z których każdy tnie DNA w określonym miejscu

14. Rozdzielenie fragmentów DNA (elektroforeza) Elektroforeza umożliwia rozdział fragmentów DNA w zależności od wielkości. W elektroforezie żelowej ujemnie naładowane cząsteczki DNA wędrują na żelu z agarozy (agaroza to substancja uzyskiwana z krasnorostów, podobna do agaru). Prędkość tej wędrówki zależy od wielkości fragmentów DNA

16. Elektroforeza w żelu agarozowym produktów reakcji PCR DNA pewnej bakterii

17. Denaturacja DNA (termiczny rozkład helisy na pojedyncze nici) • Dwie nici DNA ulegają wyraźnemu rozdzieleniu

18. Transfer nici z żelu na podłoże nitrocelulozowe

19. Hybrydyzacja • Łączenie się nici DNA starej i nowej • Nowa nić jest sondą, która pomoże w wykryciu określonych sekwencji DNA

20. Analiza danych

21. Metody tworzenia GMO

22. Aby otrzymany organizm był transgeniczny, należy do niego wprowadzić kawałek DNA, który pochodzi od obcego organizmu. Może on zostać wycięty z większego fragmentu DNA, przy użyciu enzymów restrykcyjnych. Tak przygotowany materiał jest wprowadzany do genomu zwierzęcia bądź rośliny. Samo wprowadzenie materiału genetycznego nie jest łatwe, a technika zależy od tego czy modyfikowany jest organizm zwierzęcy czy roślinny.

23. Metody bez wykorzystania wektora Są to metody polegające na bezpośrednim wprowadzeniu DNA do komórek roślinnych. Pozwalają one na transformowanie dowolnych roślin. Nim fragment będzie mógł być wprowadzony do komórki gospodarza, ta musi być pozbawiona ściany komórkowej (oprócz mikrowstrzelowania). By to osiągnąć można poddać ją działaniu enzymów degradujących. Otrzymuje się w ten sposób tzw. protoplast, którego błona komórkowa stanowi koleją barierę dla transgenu, wprowadzanego do komórek z wykorzystaniem jednej z metod, ogólnie podzielonych na fizyczne i chemiczne.

24. Elektroporacja Polega na wykorzystaniu serii impulsów elektrycznych, które naruszają strukturę błony, powodując powstanie w niej porów, przez które DNA może przeniknąć do wnętrza komórki. Podejście to może być stosowane też przy wprowadzaniu genów do innych komórek - zwierzęcych, - bakteryjnych.

25. Mikrowstrzeliwanie Metoda fizyczna - wykorzystuje mikroskopijne kulki z złota lub wolframu o średnicy 0,5 - 5 mikrometra (0,0000005-0,000005 metra). Fragmenty DNA które pragnie się wprowadzić do komórek są opłaszczane na tych kulkach, a następnie wstrzeliwane do komórek roślinnych. Używana jest do tego tzw. "armatka genowa" (ang. particle gun). Wadą metody jest niska wydajność oraz mogące wystąpić uszkodzenia komórek. Zaletą jest to iż komórki nie muszą być pozbawiane ściany komórkowej, można wprowadzać do np. do fragmentu liścia, jak i DNA może zostać wprowadzona także do chloroplastów i mitochondriów.

26. Z użyciem PEG Metoda chemiczna - polega na wykorzystaniu glikolu polietylenowego (PEG od ang. polyethylene glycol), który powoduje zwiększenie przepuszczalności błony komórkowej, poprzez prowadzenie do jej chwilowej, odwracalnej dezorganizacji. To pozwala na wnikniecie transgenu do komórek, wraz z DNA nośnikowym.

27. - Fuzja liposomów - tworzone są liposomy, wewnątrz których są cząsteczki DNA. Tworzy się je poprzez utworzenie podwójnej błony lipidowej na roztworze z • cząsteczkami DNA i wstrząsanie nie – powstają wtedy "kuleczki“ • błonowe z DNA w środku. Liposomy łączą się z protoplastami • komórek wprowadzając do środka DNA. • - Mikroiniekcja - polega na wprowadzeniu • DNA za pomocą igły mikromanipulatora, • doświadczenie. • Metoda pracochłonna czasochłonna.

28. Przykłady transgenicznych zwierząt

29. Zwierzęta transgeniczne, GMO - przykłady modyfikacji • 1. Modyfikacje mające na celu wytwarzanie w organizmie zwierząt genetycznie zmienionych białek wykorzystywanych jako leki, czyli wykorzystywanie ich jako bioreaktorów. • Modyfikowane w tym celu są głównie krowy, kozy, owce, gdyż pożądane białka wytwarzane są w gruczołach mlecznych i wydzielane z mlekiem. Produkowana jest antytrombina - ludzki enzym - czynnik krzepliwości krwi, pozwala na kontrolę powstawania zakrzepów, produkcja antytrypsyny - stosowanej w leczeniu rozedmy płuc, erytropoetyny - leczenie anemii.

30. 2. Uzyskanie szybszego wzrostu zwierząt hodowlanych. • Modyfikacje polegające na wprowadzeniu genów produkujących hormon wzrostu.W ten sposób modyfikowane były głównie ryby: karpie, łososie, ale także na zwierzętach gospodarskich, świniach, królikach, owcach. • 3.Modyfikowane świnie jako dawcy narządów • Narządy ze świni z racji dużego podobieństwa anatomicznego i fizjologicznego do ludzkich są od dawna brane za potencjalnie możliwe do przeszczepień dla człowieka. • Polska transgeniczna świnia ma wbudowany gen, który może znieść immunologiczną barierę międzygatunkową pomiędzy świnią i człowiekiem. Bariera immunologiczna jest jedną z największych barier uniemożliwiających wykorzystanie genetycznie modyfikowanych świń do pozyskiwania organów do transplantacji u człowieka. Inną przeszkodą jest ryzyko transfekcji wirusami świni, czyli przeniesienia do organizmu człowieka wirusów naturalne występujących u tych zwierząt

31. 4. Krowy dające więcej mleka, oraz mleko specjalnie przystosowane do produkcji serów.Krowom wprowadzono dodatkowe kopie genów kodujących proteiny: beta- i kappa- kazeinę. Kazeina jest składnikiem twarogów i białych serów. Modyfikacje powoduje to, iż z mleka łatwiej jest uzyskać ser - można go uzyskać więcej z tej samej objętości mleka oraz szybciej. • 5. Odporność na choroby.Podobnie jak w przypadku modyfikacji roślin, modyfikacje warunkujące oporność na niektóre choroby.

32. 6. Inne modyfikacje: - modyfikacje do celów naukowych zwierząt laboratoryjnych - myszy, szczurów, • - owce wytwarzające wełnę toksyczną dla moli i nie kurczącą się w praniu, • - transgeniczne koty dla alergików - ich sierść nie powoduje alergii, • - transgeniczne rybki akwariowe z genami z meduzy, dzięki którym fluoryzują w ciemności (rybki są bezpłodne –nie mogą się krzyżować w przypadku wydostania się do środowiska).

33. Przykłady zwierząt transgenicznych • Króliki wykorzystywane są m. in. do produkcji: hormonów wzrostu, białka C,itp. • Owce- głównie do zwiększonej produkcji wełny • Świnie- do produkcji organów • Ogółem bydło- do produkcji mleka.

34. Przykłady transgenicznych roślin

35. Rośliny transgeniczne Modyfikowane genetycznie rośliny mają głównie na celu znaczenie gospodarcze, zmiana genomu nadaje im pożądane przez człowieka cech, tj. większa trwałość, odporność na szkodniki, wirusy i grzyby,itp. Modyfikuje się także rośliny ozdobne, które dzięki temu są trwalsze, mają intensywniejszy kolor.

36. Modyfikacje roślin - typy 1. Odporność na herbicydy - chemiczne środki ochrony roślin, środki chwastobójcze. • Są to najpowszechniejsze modyfikacje roślin. Nadanie odporność rośliny, bez obawy o zniszczenie uprawianej rośliny. Modyfikowana roślina posiadają albo nowe, albo dodatkowe kopie obecnego już w niej genu, który odpowiedzialny jest za wytwarzanie enzymów rozkładających herbicydy. Roślina mogąca rozkładać herbicydy staje się na nie odporna.Modyfikacja ta jest jedną z najczęściej stosowanych, tak zmodyfikowano już bardzo wiele roślin: soję (najczęściej uprawiana roślina transgeniczna), kukurydzę, rzepak, tytoń, pomidory.

37. 2. Odporność na choroby powodowane przez grzyby, wirusy, bakterie. Odporność na choroby grzybowe i bakteryjne uzyskuje się poprzez wprowadzenie transgenu kodującego enzymy - hitynaza, glukanaza, które niszczą ich ścianę komórkową. Inny transformowany gen, koduje osmotynę - białko wiążące się z błoną komórkową powodując jej zniszczenie.Odporność na wirusy uzyskuje się poprzez wprowadzenie do rośliny genów białek płaszcza (kapsydu) danego wirusa, a także jego enzymów: replikazy, proteazy - pojawienie się tych białek powoduje to, iż późniejsza infekcja tym wirusem jest znacznie słabsza lub skutki choroby pojawiają się z dużym opóźnieniem.Przykładem może być tytoń odporny na wirusa mozaiki tytoniowej (TMV).

38. 3. Odporność na owady - szkodniki. Gen odpowiedzialny za odporność to gen Bt - uzyskuje się z bakterii glebowej Bacillus thuringensis. Gen ten koduje specyficzne białko - Cry - które jest toksyczne dla owadów. Szkodnik po zjedzeniu komórek rośliny umiera. Białko uzyskuje swoją toksyczność tylko wewnątrz przewodu pokarmowego określonych gatunków szkodników, nie jest toksyczne dla innych organizmów - np. człowieka.Pierwsza uprawianą rośliną Bt był ziemniak odporny na stonkę, inne to bawełna, kapusta, pomidory, oraz przede wszystkim kukurydza - kukurydza Bt (MON 810).

39. 4. Odporność na niekorzystne warunki środowiska Czyli na mróz, wysoką temperaturę, suszę, i zasolenie gleby, nadmiar promieniowania - umożliwia uprawę rośliny na terenach dotychczas niekorzystnych dla nich. Także uzyskuje się rośliny odporne na zanieczyszczenia środowiska, głównie szkodliwe metale w glebie. Tworzy się także rośliny zdolne do akumulacji metali ciężkich - dzięki temu pobierając je z gleby oczyszczają środowisko, np. gorczyca.

40. 5. Poprawa cech jakościowych oraz użytkowych roślin. • Są to m.in. modyfikacje powodujące opóźnienie dojrzewania, zwiększenie trwałości. Modyfikacja taka uniemożliwiała powstanie enzymów rozkładających ścianę komórkową, przez co warzywa i owoce dłużej pozostają świeże, co ma duże znaczenie głównie w transporcie. Pomidor z tą modyfikacją był pierwszym GMO wprowadzonym do sprzedaży. • Zwiększenie zawartości suchej masy poprzez wzrost syntezy skrobi- stworzenie transgenicznego ryżu (z genami żonkila), który charakteryzuje się zwiększoną produkcją beta-karotenu, prekursora witaminy A –co poprawia to cechy mąki uzyskiwanej z ziaren pszenicy. • Modyfikacje roślin ozdobnych, które dzięki temu mają intensywniejszą barwę (nadprodukcja karotenoidów), zmiana tekstury zabarwienia - nowe kolory, lepszy zapach. • Polskim akcentem jest modyfikowana sałata produkująca szczepionkę na zapalenie wątroby typu B.

41. „Złoty ryż”

42. Transgeniczna polska sałata

43. Rośliny transgeniczne (modyfikowane genetycznie) - przykłady: • Kukurydza- odporność na owady • wytwarzanie substancji używanych do wyrobu leków lub szczepionek, • Ziemniaki- wzrost zawartości skrobi, • - odporność na herbicydy, stonkę ziemniaczaną, wirusy,- "słodkie ziemniaki" - wprowadzenie genu odpowiedzialnego za wytwarzanie słodkiego białka - taumatyny,- odporność na ciemnienie pouderzeniowe - większa trwałość,- mała zawartość glikoalkaloidów - substancji szkodliwych na człowieka, występujących w surowych ziemniakach.

44. Pomidory- spowolnienie dojrzewania, większa trwałość- większa zawartość suchej masy,- poprawa smaku,- intensywniejsza barwa, cieńsza skórka. • Truskawki- wyższa słodkość owoców,- spowolnienie dojrzewania,- odporność na mróz. • Soja- odporność na środki ochrony roślin - hrebicydy,- odporność na wirusy, herbicydy, szkodniki,- obniżona zawartość kwasu palmitynowego.

45. Rzepak- odporność na herbicydy,- zmniejszona zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych,- większa zawartość kwasu lauronowego. Buraki cukrowe- odporność na herbicydy i szkodniki,- dłuższy okres przechowywania bez strat w zawartości cukru. Ryż- zwiększona produkcja beta-karotenu, prekursora witaminy A - wszczepione został geny pochodzące z żonkila, modyfikacja w zamierzeniu miała rozwiązać problem braku witaminy A u dzieci w Azji Wschodniej.

46. Pszenica- zwiększenie zawartości glutenu - lepsza mąka. Bawełna- odporność na herbicydy i szkodniki. Pszenica - zwiększenie zawartości glutenu- lepsza mąka. Sałata- produkująca szczepionkę na zapalenie wątroby typu B - można się szczepić jedząc sałatę Dynia - odporność na grzyby.

47. Banany- odporność na wirusy i grzyby - zakażają się poprzez uszkodzenia w transporcie. Winogrona- odmiany bezpestkowe. Kapusta- odporność na szkodniki, mniejsze wymiary główek. Seler - zwiększona kruchliwość

48. Argumenty za i przeciw modyfikowaniu organizmów

49. Zwolennicy podkreślają korzyści, takie jak możliwość produkcji żywności o ulepszonych cechach żywieniowych i odżywczych, redukcji zużycia lub nawet eliminowanie chemicznych środków ochrony roślin, pestycydów, insektycydów, herbicydów, nawozów sztucznych, przy jednoczesnym zwiększeniu zbiorów, znacznym obniżeniu kosztów produkcji, potanieniu zabiegów agrotechnicznych. Inżynieria genetyczna, redukując środki chemiczne, wbrew pozorom sprzyja ochronie środowiska naturalnego. Żywność taka jest bezpieczna, bo przed dopuszczeniem do obrotu handlowego została dokładniej przebadana niż tradycyjna

50. Przeciwnicy wzywają do większej ostrożności, bo nie wszystkie wątpliwości dotyczące GMO i żywności transgenicznej zostały naukowo wyjaśnione. Sama obecność GMO lub ich produktów może wywoływać określone skutki bezpośrednie, np. żywieniowe, toksykologiczne, alergiczne, oporność na antybiotyki, środowiskowe lub wpływać w sposób pośredni na człowieka i środowisko naturalne. Te wszystkie czynniki powinny być szczególnie dokładnie i długo sprawdzane. Wymaga to przede wszystkim czasu, bo ewentualne nieprzewidywalne dzisiaj następstwa mogą ujawnić się dopiero w przyszłości. • Przy ocenie bezpieczeństwa należy uwzględniać nie tylko wyniki prezentowane przez firmy ubiegające się o uzyskanie stosownego zezwolenia, ale przede wszystkim bazować na obiektywnych opiniach niezależnych, wyspecjalizowanych jednostek naukowych i badawczych, dysponujących metodami badawczymi i nowoczesnym sprzętem. • Podnoszona jest także groźba zanieczyszczeniaupraw tradycyjnych przez uprawy genetycznie modyfikowane