Veselības zinātņu maģistra studiju programma uzturzinātnē

1. Veselības zinātņu maģistra studiju programma uzturzinātnē Studiju kurss: Jaunā un ģenētiski modificētā pārtika ĢENĒTISKI MODIFICĒTĀ PĀRTIKA INDRIĶIS MUIŽNIEKS, Rīga, 2014. gada maijs

2. ĢENĒTISKI MODIFICĒTĀS PĀRTIKAS VEIDI • Tēmu apgūstot paredzēts: • noskaidrot galvenās īpašības, kuras ar ĢM palīdzību tiek veidotas pārtikas produktos; • iegūt izpratni par pārtikas produktā saglabājamo un nesaglabājamo ģenētiskās modifikācijas daļu; • apgūt zināšanas par pārtikas ražošanā izmantojamo ĢM mikroorganismu daudzveidību un ar to palīdzību iegūstamajiem produktiem; • noskaidrot dzīvnieku ģenētiskās modifikācijas un dzīvnieku klonēšanas savstarpējo sakarību; • apgūt zināšanas par pārtikas ražošanā izmantojamo ĢM dzīvnieku daudzveidību un ar to palīdzību iegūstamajiem produktiem.

3. Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību

4. ĢM galvenie veidi Endogēno gēnu ekspresijas modifikācija: - gēnu darbības pārtraukšana antisenss RNS, ribozīmi, incerciju mutaģenēze ar T-DNA, piem., tomātu poligalakturonidāze - gēnu darbības pastiprināšana Noderīgu pazīmju pārņemšana no citiem organismiem

5. Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību Noderīgie gēni (lauksaimniecības tehnoloģiju uzlabošana) • Gēni, kas palīdz pārvarēt biotisko stresu - • kukaiņu izturība; • vīrusu, baktēriju, mikroskopisko sēņu un nematožu slimību rezistence; • izturība pret herbicīdiem. • Gēni, kas palīdz pārvarēt abiotisko stresu - • Sausumu, aukstumu, karstumu, augstu sāļu koncentrāciju, barības trūkumu.

6. Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību Noderīgie gēni (ražības un pārstrādes tehnoloģiju uzlabošana) • Bioloģisko īpašību uzlabošana • raža; • slāpekļa asimilācija; • cietes biosintēze; • O2 asimilācija. • Apstrādē noderīgas īpašības • saglabāšana; • specifiski komponenti.

7. Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību Noderīgie gēni • (pārtikas kvalitātes uzlabošana): • Uzturvielas - • makro: proteīni, polisaharīdi, tauki, eļļas, šķiedrvielas; • mikro: vitamīni, minerāli, antioksidatnti, izoflavonoīdi, fitoestrogēni, tannīnu polimēri; • Alergēnu un toksīnu aizvākšana; • Garša- • tekstūra, konsistence; • Izskats • krāsa, forma, smarža.

8. Īpašības, kuras veido ar ĢM palīdzību Noderīgie gēni – (izmantošanai ārpus konvencionālās pārtikas jomas ) • Jaunā pārtika - • uztura bagātinātāji, • terapeitiskais uzturs, vakcīnas. • Atjaunojamie resursi - • biodegviela, izejvielas sintētiskajiem polimēriem. • Ksenobiotiku biodegradācija

9. ĢM PĀRTIKAS VEIDI ĢM MIKROORGANISMUS VAI TO PRODUKTUS SATUROŠA PĀRTIKA: Nozīmīgākie procesi: piena pārstrāde, dzērienu ražošana. Izmantojamie organismi un produkti: rekombinanti laktobaciļi, raugi, fermentu preparāti. Mērķi: tehnoloģiju efektivitāte.

10. PĀRTIKAS PIEDEVAS NO ĢM MIKROORGANISMIEM • Kopš 1985. gada – rekombinanatie produkti pārtikas rūpniecībā: baktēriju himozīns (renīns)

11. PĀRTIKAS PIEDEVAS NO ĢM MIKROORGANISMIEM • Vitamīns B2 (krāsviela, riboflavīns E 101), C vitamīns (konservants, askorbīnskābe E 300); • Biezinātājs, ksantāns (E 415), skābuma regulators, citronskābe (E 330); • Konservants, natamicīns (E 235), nizīns (E 234), lizocīms (E 1105); • Aminoskābes pārtikā un lopbarībā, piem., glutamīnskābe garšas pastiprināšanai (E621), saldviela aspartāms (E 951), cisteīns miltu apstrādei (E 921); • Siera darīšanai, maizes raudzēšanai, alkaholisko un bezalkaholisko dzērienu izgatavošanai, cietes šķelšanai un sīrupu iegūšanai izmatojamie enzīmi

12. FUNKCIONĀLĀ PĀRTIKA NO ĢM MIKROORGANISMIEM Pienskābes baktērijas Lactococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, Pedicoccus, Streptococcus, grampozitīvas / sporas neveido, pienskābe kā metabolisma reksturīgs produkts. Piena, gaļas, dārzeņu produktu tehnoloģijas, funkcionālie pārtikas produkti Izpētītākie pārstāvji: Lactobacillus lactis (sekvenēts genoms) Vektori: atspoles vektori starp enterobaktērijām un pienskābes grupas baktērijām

13. Pienskābes baktērijas

14. Pienskābes baktērijas Nizīna inducētā laktobaciļu lizes sistēma

15. Pienskābes baktērijas NICE (nizīna inducēto) sistēmas priekšrocības: (1) tā ir dauzveidīga un nodrošina lineāru induktora dozas un sintezētā produkta sasitību; (2) tai ir zemas izmaksas, tādēļ, ka inducēšanai var izmatot nizīnu sintezējoša celma supernatantu; (3) tā atbilst pārtikas prasībām, jo visi komponenti nāk no L. lactis; (4) tā dod augstu ekspresijas līmeni pat toksiskiem proteīniem; (5) to var izmantot gram-pozitīvās baktērijās; (6) to var lietot mazu nizīna daudzumu atrašanai produkcijā.

16. Galvenās GM baktēriju produktu grupas

17. ĢM PĀRTIKAS VEIDI ĢM DZĪVNIEKI Nozīmīgākie procesi: no farming uz pharming ; klonēšana. Izmantojamie organismi un produkti: visbiežāk govis un jaunus proteīna veidus saturošs piens; perspektīvā: dzīvnieki ar iznīcinātu prionu proteīnu gēnu. Mērķi: funkcionāla (terapeitiska) pārtika, pārtikas drošība.

18. Transgēnu dzīvnieku iegūšana • Transgēnie dzīvnieki tiek iegūti, izmantojot trīs metodes: • Gēnu mikroinjekcija apaugļotas olšūnas pronukleusā, • embrionālo cilmes šūnu injekcija blastocistā, • apstrāde ar retrovīrusiem. http://www.ag.uiuc.edu/~vista/html_pubs/irspsm91/transfor.html

19. Transgēnu dzīvnieku iegūšana Pirmo metodi plaši izmanto transgēnu peļu iegūšanai. Pēc mikroinjekcijas no peles izņem nesen apaugļotus vienšūnas embrijus. šim nolūkam izmanto mikromanipulatorus un īpaši aprīkotu mikroskopu. Ar speciālu pipeti un vakuma palīdzību embriju fiksē, un tās pronukleusā ar kapilāru adatu ievada klonējamo DNS. Pēc tam embrijus pārnes aizvietotājmātēs, kuras tos iznēsā. 1 – 4 % no injicētajiem embrijiem dod transgēnus pēcnācējus.

20. Zigotas veidošanās Olšūnas ietver apvalki: vitelīna membrāna (zona pellucida zīdītājdzīvnie-kiem) un folikulāro šūnu slānis (corona radiata zīdītājdzīvnie-kiem). bartleby.com/ 107/5.html

21. Transgēnu dzīvnieku iegūšana

22. Agrīnā embrioģenēze

23. Agrīnā embrioģenēze Oocīts > Zigota > Blastomers/Pāršūnu stadijas > Morula > Blastocists > Gastrula > Embrijs

24. Transgēnu dzīvnieku iegūšana Otrā metode. No blastocista (dažas dienas pēc apaugļošanas) iegūst embrionālās cilmes (EC) šūnas. Tās var audzēt neierobežoti ilgi laboratorijā un tās nezaudē spēju augt un diferencēties par jebkuru dzīvnieka audu tipu, veidot veselu jaunu dzīvnieku. EC šūnas in vitro transformē ar svešajiem gēniem un ar mikroinjekciju ievada citā blastocistā. Aizstājējmātes iznēsā dzīvniekus, kurus veido divu dažādu tpu šūnas, transgēnās un parastās. Ja transgēnās EC šūnas ir veidojušas dzīvnieku spermatozoīdu vai olšūnu priekštečus – šadu dzīvnieku pēcteči visi būs transgēni.

25. EC ŠŪNAS

26. EC ŠŪNAS

27. Transgēnu dzīvnieku iegūšana

28. Cilmes šūnas Cilmes šūnas ir relatīvi vienkāršas šūnas, kuras spēj ātri augt, neierobežoti ilgi dalīties šūnu kultūrā un diferencēties par specializētām šūnām. Izšķir: embrionālās cilmes šūnas pieaugušās (somātiskās) cilmes šūnas

29. Cilmes šūnu diferencēšanās potenciāls: totipotentas (zigota); pluripotentas; (embrionālās); multipotentas (pieaugušās).

30. Embrionālās cilmes šūnas Priekšrocības: vieglāk izmantot; neierobežoti ilgi aug kultūrā; nerada imūno atbildi. Trūkumi: teratomas (?);ētiskas problēmas.

31. Trešā metode – ar retrovīrusu palīdzību

32. PIRMAIS TRANSGĒNAIS DZĪVNIEKS

33. “FARMING” VIETĀ “PHARMING” http://www.nal.usda.gov/bic/Education_res/iastate.info/bio10.html

34. “FARMING” VIETĀ “PHARMING”

35. GM DZĪVNIEKU PIENĀ SINTEZĒTIE PROTEĪNI

36. Cūkas, kas siekalās ekspresē baktēriju enzīmu fitāzi izdala vidē ap 75% mazāk fosfātu nekā parastās cūku šķirnes, tādejādi ievērojami samazinot lopkopības radīto piesārņojumu. Golovan SP, Meidinger RG, Ajakaiye A, Cottrill M, Wiederkehr MZ, Barney DJ, Plante C, Pollard JW, Fan MZ, Hayes MA, Laursen J, Hjorth JP, Hacker RR, Phillips JP, Forsberg CW. Pigs expressing salivary phytase produce low phosphorus manure. Nat Biotechnol 2001, 19: 741–745.

37. Fitāts – inozitolheksafosfāts; Viena no galvenajām fosfora uzkrāšanas formām augos, īpaši kviešos. Stiprs helatējošs savienojums, saista divalentos katjonus, piem., Ca2+. Tiek noārdīts atgremotāj dzīvnieku kuņģī, citu dzīvnieku gremošanas traktā – nē. Baktērijas, noārdot fitātu fermu atkritumos, piesārņo notekūdeņus ar fosforu.

38. Cūkas, kas ekspresē spinātu enzīmu desaturāzi uzkrāj vairāk nepiesātinātu taukskābju, tādejādi paaugstinot gaļas kvalitāti. Saeki K, Matsumoto K, Kinoshita M, Suzuki I, Tasaka Y, Kano K, Taguchi Y, Mikami K, Hirabayashi M, Kashiwazaki N, Hosoi Y, Murata N, Iritani A. Functional expression of a Delta12 fatty acid desaturase gene from spinach in transgenic pigs. Proc Natl Acad Sci USA 2004, 101: 6361–6366.

39. Paredzams, ka kazas un govis, kas pienā ekspresēs tādus baktērijas nonāvējošus proteīnus kā cilvēka lizocīmu, laktoferīnu un lizostafīnu būs mazāk jūtīgas pret mastītu. To piens būs izturīgāks pret bojāšanos baktēriju iedarbībā un to varēs lietot cilvēki, kas slimo ar bakteriālām infekcijām. Kerr DE, Plaut K, Bramley AJ, Williamson CM, Lax AJ, Moore K, Wells KD, Wall RJ. Lysostaphin expression in mammary glands confers protection against staphylococcal infection in transgenic mice. Nat Biotechnol 2001, 19: 66–70. Murray J, Reh W, Anderson G, Maga E. Changing the composition of milk to improve human health. In: Transgenic Animal Research, Conference IV, Tahoe City California, 2003, p 32.

40. TRANSGĒNI DZIVNIEKI PĀRTIKAI UN SKAISTUMAM Ātri augošs, lēts, “barojošs un videi draudzīgs” "AquAdvantage" lasis Aqua Bounty Technologies, Bostonas priekšpilsēta, 2003. g. oktobrī pieprasījums FDA; In September 2010, an FDA advisory panel indicated that the fish is "highly unlikely to cause any significant effects on the environment" and that it is"as safe as food from conventional Atlantic salmon"

41. ĢMOPĀRTIKAS RAŽOŠANĀ Sārti fluorescējošas zebru zivtiņas: ir vai nav pārtika ?

42. Transgēnas vistas Vistas aug ātrāk nekā aitas un tās var turēt lielā skaitā salīdzinoši mazās platībās. Vistas olas baltums satur vairākus gramus proteīna. Līdz šim izmantotas divas metodes, lai iegūtu vistas, kas nes un ekspresē svešus gēnus. 1 ) Embrijus inficē ar vīrusa nesēju, kas satur terapijā izmantojama cilvēka proteīna gēnu un vistas gēna (piem., lizocīma) promotera secības, kas nodrošina proteīna uzkrāšanu olas baltumā. 2) Ar cilvēka gēnu un atbilstošiem promoteriem transformē gaiļu spermatozoīdus. Orientējoši dati rāda, ka vistas var producēt līdz 0,1 gramam cilvēka proteīna katrā izdētajā olā

43. EC ŠŪNAS

44. EC ŠŪNAS

45. Transgēnu dzīvnieku iegūšana

46. DZĪVNIEKU KLONĒŠANA

47. DZĪVNIEKU KLONĒŠANA 1997. gada 27. februārī “Nature” publicē rakstu par Dolliju – Finn Dorset šķirnes aitu, kas iegūta, sapludinot 6 gadus vecas aitas tesmeņa šūnas ar bezkodola Skotu melngalvainās aitas oocītu.

48. DZĪVNIEKU KLONĒŠANA Dollijas klonēšanu firmas PPL Therapeutics Roslin laboratorijās vadīja skotu zinātnieks Jans Vilmuts (Ian Wilmut)

49. DZĪVNIEKU KLONĒŠANA

50. DZĪVNIEKU KLONĒŠANA