Veselības zinātņu maģistra studiju programma uzturzinātnē Studiju kurss: Jaunā un ģenētiski modificētā pārtika

1. Veselības zinātņu maģistra studiju programma uzturzinātnē Studiju kurss: Jaunā un ģenētiski modificētā pārtika ĢENĒTISKI MODIFICĒTĀ PĀRTIKA INDRIĶIS MUIŽNIEKS, Rīga, 2007. gada marts

2. ĢENĒTISKI MODIFICĒTĀ PĀRTIKA • Ģenētiskās modifikācijas molekulārā bioloģija • ĢM pārtikas veidi (mikroorganismi un dzīvnieki) • Ģenētiski modificēti augi pārtikā • ĢM pārtikas izmantošanas riska analīze • ĢM augu un pārtikas identificēšanas metodes. • ĢM pārtikas un lopbarības aprites tiesiskā regulācija pasaulē, Eiropas Savienībā un Latvijā.

3. ĢENĒTISKĀS MODIFIKĀCIJAS MOLEKULĀRĀ BIOLOĢIJA • Tēmu apgūstot paredzēts: • aktualizēt zināšanas par DNS uzbūvi un tās kodētās informācijas realizāciju; • precizēt zināšanas par gēnu ekspresijas regulāciju dažādos organismos; • apgūt gēnu inženierijas eksperimenta shēmu; • noskaidrot lauksaimniecībā un pārtikas ieguvē izmantojamo organismu selekcijai nepieciešamās ģenētiskās daudzveidības avotus dabā un molekulārās biotehnoloģijas lomu izmantojamās daudzveidības paplašināšanai.

4. Biotehnoloģija un selekcija DABĀ ATRODAMI ORGANISMI“PRIEKŠ SEVIS” SELEKCIJA MĒĢINA TOS PĀRVEIDOT PAR ORGANISMIEM “PRIEKŠ MUMS” Biotehnoloģija – jebkura kontrolēta un uz zinātnes atziņām balstīta dzīvu organismu, to kopu vai to produktu izmantošana cilvēkam vajadzīgu produktu iegūšanai. Jaunā (modernā) biotehnoloģija - ar gēnu inženierijas metodēm modificētu organismu izmantošana šiem pašiem mērķiem

5. PIRMĀ MOZUS GRĀMATA (SAUKTA GENESIS) 30. nodaļa 37 Un Jēkabs ņēma svaigus dzinumus no apsēm, mandeļu kokiem un platānu kļavām un izdrāza baltas svītras, atsegdams baltumu, kāds bija rīkstēm. 38 Un šīs rīkstes, kuras viņš bija nomizojis, viņš lika sīklopu priekšā ūdens tvertnēs un dzirdināmās silēs, pie kurām sīklopi nāca dzert, ka tie, nākdami dzert, apietos. 39 Un sīklopi apgājās pār šīm rīkstēm, un tiem atnesās raibi, svītraini un lāsaini jēri un kazlēni.

6. BIOTEHNOLOĢIJA – ŠŪNA KĀ FABRIKA Metabolisms kā ražošanas process

7. DEFINĪCIJAS ĢENĒTISKI MODIFICĒTIE ORGANISMI Ģenētiski modificētie organismi ir bioloģiski objekti, kuri spēj vairoties un izplatīt savu iedzimtības informāciju (arī mikroorganismi, ieskaitot vīrusus, viroīdus, dzīvnieku un augu šūnu kultūras), izņemot cilvēku, kurā ģenētiskais materiāls ir pārveidots citādā veidā, nekā tas notiek dabiski - dzimumvairošanās vai rekombinācijas rezultātā. Latvijas Republikas MK Noteikumi Nr. 333 20.04. 2004

8. DEFINĪCIJAS GĒNU INŽENIERIJA ĢENĒTISKĀ MODIFIKĀCIJA 6. Organismu ģenētiskā modifikācija notiek, ja izmanto šādas modificēšanas metodes: 6.1. nukleīnskābju rekombinācijas metodes, kas ietver jaunu ģenētiskā materiāla kombināciju veidošanu, ārpus organisma ...; 6.2. metodes, kuras ietver iedzimtības materiāla tiešu ievadīšanu šūnās... Latvijas Republikas MK Noteikumi Nr. 333 20.04. 2004

9. SINONĪMI ĢENĒTISKI MODIFICĒTS = TRANSGĒNS = REKOMBINANTS = VIEDI SELEKCIONĒTS = FRANKENŠTEINISKS ENZĪMI = FERMENTI Proteīni (olbaltumvielas), kas katalizē visas bioķīmiskās reakcijas organismā

10. Selekcijas materiāls ir GĒNOS 1860. - 1866. g. zirņu formas un ziedu krāsas iedzimtās īpašības nosaka “faktori” (gēni), kuri atrodami pa pāriem organismu somātiskajās šūnās,bet pa vienam dzimumšūnās.

11. Gēnu ķīmiskais sastāvs 1879. g. Valters Flemings (Flemming) atklāj hromosomas un apraksta to kustības šūnām daloties. 1902. g. Valters Sutons (Sutton) noskaidro, ka dzimumšūnām veidojoties hromosomu skaits samazinās uz pusi.

12. Selekcijas materiāls ir GĒNOS 1909. g. Vilhelms Johansens (Johansen) 1911. g. Tomass Morgans (Morgan) –gēni ir hromo- somu daļas GENI, GENOMI, GENOTIPI, FENOTIPI HROMOSOMAS sastāv no proteīna un nukleīnskābes, masas attiecībā ~1:1

13. PROTEĪNS Zviedru ķīmiķis Jens Jakobs Bercēliuss vēstulē holandiešu ķīmiķim G.Mulderam 1838. g. 10. jūlijā: “Vārdu proteīns, ko es ierosinu lietot fibrīna un albumīna organisko oksīdu apzīmēšanai, esmu atvasinājis no grieķu πρωτειος, tādēļ, ka šie savienojumi šķiet esam pamat- vai būtiski svarīgi komponenti dzīvnieku barībā.”

14. PROTEĪNS • struktūru veido 20 aminoskābes; • masas daudzveidība: 3 000 – 3 000 000 Da; • funkciju daudzveidība: katalizatori – enzīmi vai fermenti; struktūru veidojoši komponenti – nukleosomas, citoskelets; skrimslis, āda; aizsargreakcijas - imunoglobulīni, komplements; kustības – kontrakcijas, motorika; transports – caur membrānām, citoplazmas kompartmentos, utt.; • struktūras daudzveidība - pirmējā, otrējā, trešējā, ceturtējā; a-spirāles, b-slāņi, cilpas, globulāri un fibrillāri, subvienības, kompleksi.

15. Gēnu ķīmiskais sastāvs NUKLEĪNSKĀBES 1869. g. Frīdrihs Mišers (Mischer) leikocītu kodolos atklāj nukleīnu

16. Gēnu ķīmiskais sastāvs • 1930. – 1950. g. g., nukleīnskābju bioķīmija: • šūnā ir divu veidu nukleīnskābes – • kodolā – DNS, dezoksiribonukleīnskābe; • citoplazmā – RNS, ribonukleīnskābe; • DNS ir viendabīga; • RNS veido vairākas frakcijas, 2 – 5% RNS • ir ļoti heterogēna, nestabila (mRNS)

17. Gēnu ķīmiskais sastāvs 2) Nukleīnskābes sastāv no nukleotīdiem: d AMP Slāpekļa bāze, A Fosforskābes atlikums Cukurs, dezoksiriboze Ribozē pie cukura otrā C atoma ir hidroksilgrupa (-OH)

18. Gēnu ķīmiskais sastāvs 2) DNS nukleotīdus veido četras slāpekļa bāzes: C T Pirimidīni A G Purīni RNS sastāvā T nukleotīdu aizvieto U

19. Gēnu ķīmiskais sastāvs • 3) DNS sastāvā molārās koncentrācijas: • purīni = pirimidīni; • A = T • G = C • (E. Čargrafa likumi)

20. Gēnu ķīmiskais sastāvs Virulenti, s-morfoloģijas pneimokoki, letāla infekcija Avirulenti, r-morfoloģijas pneimokoki, infekcijas nav Avirulenti, r-morfoloģijas pneimokoki + DNS no nonāvētiem virulentiem pneimokokiem letāla infekcija 1944. g. – Osvalds Everijs (Avery) iedzimtības informāciju nes DNS

21. Gēnu struktūra DNS struktūras un replikācijas principu atšifrēšana Rozalinda Franklina Moriss Vilkins DNS kristālu iegūšana, rentgenstaru kristalogrāfija

22. Gēnu struktūra DNS struktūras un replikācijas principu atšifrēšana DNS veido vairāki pavedieni, tā ir spirāliska molekula

23. Gēnu struktūra Jaunie laiki, 1953. g. DNS struktūras un replikācijas principu atšifrēšana Frensis Kriks Džeimss Vatsons

24. Gēnu struktūra DNS struktūras un replikācijas principu atšifrēšana Vatsona & Krika DNS struktūras modelis : dubultspirāle 3’ 5’ Ūdeņraža saites, pavedieni atdalās paaugstinot temperatūru 20 Å 3’ 5’ Bāzu pāris Nukleotīdupāris Spirāles solis (helical turn) 10,5 b.p, 34 angstrēmi (Å) =

25. Gēnu struktūra DNS struktūras un replikācijas principu atšifrēšana DNS pavadieni ir antiparalēli –darbojas pretējos virzienos hidroksils fosfāts fosfāts hidroksils

26. Gēnu struktūra DNS struktūras un replikācijas principu atšifrēšana DNS pavedienus atdala (DNS denaturē) karsējot

27. Gēnu darbība DZĪVĪBAS PAMATDOGMA TRANSKRIPCIJA TRANSLĀCIJA DNS RNS Proteīns • Līdz 60.-to gadu sākumam: • mašīnērija, kas replicē DNS; • replikācijas mehanisms; • mRNS kā informācijas pārraides starpnieks REPLIKĀCIJA

28. REPLIKĀCIJA DNS replikācijā gadās kļūdas – mutācijas; mutācijas ir nejaušas un retas – apm. 1 no 100 miljoniem nukleotīdu.

29. TRANSKRIPCIJA

30. Transkripcija un translācija

31. Transkripcija / translācija

32. Gēnu darbība DZĪVĪBAS PAMATDOGMA

33. Gēnu darbība 1960. gadu sākums, Nirnberg, Chorana: ĢENĒTISKAIS KODS

34. Gēnu darbība ĢENĒTISKAIS KODS

35. INFORMĀCIJA IR GĒNOS ĢM MOLEKULĀ BIOLOĢIJA GĒNS - NUKLEOTĪDU SECĪBA, KAS KODĒ PROTEĪNA STRUKTŪRU O P KODĒJOŠĀ DAĻA T GĒNA DARBĪBU REGULĒ: P - promoters, nukleīnskābes rajons, kurā sākas gēna informācijas pārrakstīšana par mRNS O - operators, nukleīnskābes rajons, kas regulē promotera aktivitāti T - terminators, nukleīnskābes rajons, kurā tiek pārtraukta gēna transkripcija

36. GĒNU INŽENIERIJA RESTRIKTĀZES, LIGĀZES, DNS MODIFICĒJOŠIE ENZĪMI

37. GĒNU INŽENIERIJA

39. GĒNU INŽENIERIJA • GĒNU un REGULĀCIJAS ELEMENTU IEGŪŠANA: • SINĒZE; • IZOLĒŠANA NO GENOMA; • SINTĒZE, IZMANTOJOT mRNS MATRICU. Eikariotu šūnās mRNS ir poliadenilēta un šo īpašību var izmantot mRNS attīrīšanai

40. GĒNU INŽENIERIJA GĒNU IEGŪŠANA: • Pie poli(A) RNS tiek piesaistīts (dT) oligonukleotīda praimeris • Revertāze veic pirmā DNS pavediena sintēzi par matricu izmantojot RNS • Revertāzei sasniedzot mRNS 5’ galu, tā izveido cilpu un turpina DNS sintēzi par matricu izmantojot pirmo DNS pavedienu (aptuveni 10 - 20 n) • Revertāze hidrolizē RNS matricu • DNS polimerāze sintezē otro pavedienu par praimeri izmantojot revertāzes izveidoto cilpu • DNS cilpa tiek šķelta ar nukleāzi S1

41. GĒNU INŽENIERIJA VAJADZĪGO ŠŪNU KLONU ATRAŠANA: NUKLEĪNSKĀBES PIERĀDĪŠANA EKSPRESIJAS PIERĀDĪŠANA IMUNOLOĢISKI

42. REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJAS METODISKIE PAMATI VAJADZĪGO KLONU ATRAŠANA:

43. REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJAS METODISKIE PAMATI VAJADZĪGO KLONU ATRAŠANA:

44. REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJAS METODISKIE PAMATI VAJADZĪGO KLONU ATRAŠANA:

45. REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJAS METODISKIE PAMATI VAJADZĪGO KLONU ATRAŠANA:

46. REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJAS METODISKIE PAMATI VAJADZĪGO KLONU ATRAŠANA: Western blot 1. Elektropārnese uz membrānu filtra 2. Bloķēšanas reakcija 3. Apstrāde ar insulīna specifiskām antivielām 4. Apstrāde ar konjugētām, sugasspecifiskām antivielām 5. Attīstīšana Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

47. JAUNĀS BIOTEHNOLOĢIJAS SĀKUMS 1978. g., Boyer un Swanson – pirmā jaunās biotehnoloģijas firma “Genetech”

48. JAUNĀS BIOTEHNOLOĢIJAS SĀKUMS 1978. g., Boyerun Swanson – pirmā jaunās biotehnoloģijas firma “Genetech”

49. JAUNĀS BIOTEHNOLOĢIJAS SĀKUMS • 1982. gadā – pirmais rekombinantais produkts medicīnā: INSULĪNS, Genetech licence Eli Lilli ;1985. gadā – pirmais Genetech pašas izplatītais produkts – Protropīns, augšanas hormons.

50. JAUNĀS BIOTEHNOLOĢIJAS ATTĪSTĪBA