G e n e t i c k y m o d i f i k o v a n é o r g a n i z m y

1. Genetickymodifikovanéorganizmy

2. Šlechtitelství • Výběr Domestikace • Přetváření divoce žijících druhů organismů v druhy vhodné k chovu Vlk (Canis lupus)

3. Polyploidizace – kolchicin Tradiční metody šlechtitelství • Výběr • Křížení (hybridizace) – vnitrodruhové, mezidruhové Mula Mezek Josta • Mutace • spontánní (vzácné) • indukované (mutageny) zebroid • NEVÝHODY • čas, náhodnost

4. Netradiční (nové) metody šlechtitelství • Biotechnologické a molekulární metody • Genetická transformace Definice GMO:Zákon č. 78/2004 Sb., o nakládání s geneticky modifikovanými organismy a genetickými produkty GMO = organismus, kromě člověka, jehož dědičný materiál byl změněn genetickou modifikací genetická modifikace = cílená změna dědičného materiálu spočívající ve vnesení cizorodého dědičného materiálu do dědičného materiálu organismu nebo vynětí části dědičného materiálu organismu způsobem, kterého se nedosáhne přirozenou rekombinací Transformace x Transfekce

5. Přenos genového konstruktu mikroinjekcí, elektroporací, virus, plazmid • Vypnutí genu – genový knock-out Genový konstrukt a přenos • Příprava genového konstruktu ( sekvence strukturního genu+ regulační sekvence + markerový gen)

6. Plazmid - je malá kruhová molekula DNA schopná autoreplikace • Typy plazmidů: • F-plazmidy (konjugace) • R-plazmidy (rezistence) • N – plazmidy (vázání vzdušného dusíku) • Col – plazmid – tvorba kolicinů Bakterie a plazmidy

7. 2) Přenos do bakterie tepelný šok, elektroporace 3) Selekce kolonií, kontrola sekvence gen. produktu GM bakterie 1) Úprava plazmidu – vložení genového konstruktu s markerovým genem pro rezistenci k antibiotiku gen pro rezistenci genový konstrukt 4) Kultivace kolonií, které genový konstrukt přijaly

8. Bioreaktory výroba lidských bílkovin pro účely léčby závažných onemocnění – růstový hormon, gonadotropin, inzulín Produkci velkých a komplikovaných bílkovin bakteriální nebo kvasinková buňka nedokáže

9. Studium funkce genů, model pro léčbu dědičných lidských chorob • cystická fibróza, hemofilie nebo dědičná svalová dystrofie. • vývoj a testování nových léčebných postupů – genová terapie Myš, potkan, králík, danio, octomilka, háďátko GM živočichové Uzavřené prostředí v laboratoři

10. Mikroinjekce (vstříknutí genového konstruktu do jednobuněčného zárodku a následná implantace do těla matky) – malá účinnost, velká množství embryí Odběr embryí z těla samic nebo získaných in vitro Metody transfekce: • Lipofekce - DNA se zabalí umělými fosfolipidovými vezikuly (lipozomy) a přirozenou cestou je dopravená až do jádra • Elektroporace – depolarizace cytoplasmatické membrány, otevření pórů a průnik genového konstruktu

11. Chimerický primát Agregace totipotentních buněk z embryí ve čtyřbuněčném stádiu Národní centrum pro výzkum primátů, Oregon Metody transfekce: • embryonální kmenové buňky (pluripotentní) • vložení genu do EKB, implantace do zárodku a následné vložení do těla matky – chiméra Kultivace raných vývojových stádií savčích embryí

12. Metody transfekce: • retrovirové vektory • zabudování retrovirových genů do hostitelské buňky • velikost genového konstruktu (10kb), obavy z nádorového bujení • spermie jako vektor • zabudování konstruktu do spermie • oplozením oocytů in vitro těmito spermiemi je genový konstrukt vnesen do dědičné informace jedince vzniklého oplozením vajíčka • přímá injekce genového konstruktu do tkání • DNA vakcíny

13. Přenos jader - klonování • Hlavní postup pro produkci transgenních savců, především hospodářských zvířat • Princip - vpravení jádra buňky do vajíčka zbaveného jeho vlastní dědičné informace • Genový konstrukt vnesen do buněk pěstovaných v laboratoři

14. Handmade klonování Demecolcin, pronasa

15. GM krávy produkující „lidské mateřské mléko“ • Změna kvality živočišných produktů - mléko, růst vlny, kvalita masa, potraviny bez alergií • intenzivní růst ryb, prasat – gen pro růstový faktor • skot - knock-out genu pro myostatin VYUŽITÍ GM ŽIVOČICHŮ Hospodářská zvířata - živé bioreaktory • zvířata, do jejichž  dědičné informace byl metodami genového inženýrství vpraven lidský gen a která pak vylučují příslušnou lidskou bílkovinu v mléce

16. Xenotransplantace - GMO prasata – potlační hyperakutní rejekce DNA vakcíny Genová terapie VYUŽITÍ GM ŽIVOČICHŮ Produkce nových materiálů Biosteel – strukturní gen pro bílkovinu pavoučího vlákna + regulační gen pro kozí mléčnou bílkovinu Nízká hmotnost, vysoká mechanická odolnost - 3x odolnější než kevlarové vlákno Vojenské účely, letecký průmysl, medicína, kosmetický průmysl

17. Xenotransplantace - prasečí endogenní retroviry • - dědičná informace virů v dědičné informaci prasat není výsadou GMO!!! - nákaza tuberkulózou či spalničkami od domestikovaných zvířat, virus chřipky RIZIKA GMO škody na životním prostředí by mohly napáchat GM ryby uprchlé ze sádek a dalších chovných zařízení do volné přírody Nemáme praktické zkušenosti – pouze počítačové simulace ekologické kolapsy i bez GMO - průnik mihule mořské do Velkých jezer na americko-kanadském pomezí na přelomu 19. a 20. století – zdecimování populace pstruhů a dalších ryb, zhroucení rybářství • Genová terapie – virus jako vektor – riziko zhoubného bujení

18. „Genová pisole“ (Gene gun) • Genový konstrukt vysrážen na mikroprojektily ze zlata nebo wolframu Transformace rostlin • isolace rostlinných protoplastů • přímý přenos cizorodé DNA do nich pomocí elektroporace / chemická transformace / tepelného šoku

19. Přenos Ti-plazmidu (T-DNA) do rostlinného genomu geny pro hormony (bujení) geny pro syntézu opinů (potrava) Ti-plazmid = tumor inducing plasmid T-DNA T-pillus Přírodní genetická modifikace – genetický inženýr Agrobacterium tumefaciens • Infikuje dvouděložné rostliny, nádory na rostlinných pletivech • Originální způsob parazitizmu

21.  GM plodiny ve světě • Tolerance k herbicidu • Rezistence ke škůdcům

22. Biotech plodiny

23. Proč pěstovat GM rostliny??? Zlepšit chuť, kvalitu i trvanlivost potravin Zvýšit výnosy a nutriční hodnotu zemědělských plodin Omezit používání pesticidů a chemických látek Ochrana ohrožených organismů, udržování biodiversity Snížení erose půdy, zlepšení kvality půdy Snížení emisí CO2 Snížit světové hladovění Produkce léčiv - Elelyso

24. Vznik rezistencí - superplevele Tolice srpovitá • Nekontrolovatelné šíření transgenů pylem na planě rostoucí příbuzné druhy – vytlačení z přirozených stanovišť Tolice vojtěška • Tajwan – Oryza rufipogon formosana x Oryza sativa • Evropa – Medicago falcata x Medicago sativa RIZIKA GMO • Bezpečnost pro zvířata a lidi, vliv na životní prostředí a biodiverzitu Hybridizace – vzdálenost pro přenos pylu, doba kvetení, semena Introgrese - zpětné křížení hybridních rostlin s původním planě rostoucím druhem • GM kukuřice a GM brambor v Evropě bez problému • GM řepka olejka !!!-brukev, hořčice, ředkev …a do polí. …do skleníku Z laboratoře…

25. GM kukuřice • První geneticky modifikovanou plodinou, kterou bylo v ČR možné pěstovat • Bt kukuřice se u nás stále pěstuje Bt-kukuřice –MON810 Produkce Bt-toxinu Bacillus thuringiensis – gen pro CRY protein - insekticidní účinky pro housenky motýlů , neškodí broukům ani včelám – obrana proti zavíječi kukuřičnému Housenka se otráví Bez insekticidů Přežití pestrého hmyzího společenstva

26. GM brambora Průmyslový brambor Amflora - vyřazení syntézy amylózy – škrob je tvořen jen amylopektinem (březen 2010, EK schválila komerční pěstování pro nepotravinářské využití - papírenský a textilní průmysl, v roce 2010 pěstována také v ČR, ale dnes už se u nás nepěstuje) Testování dalších odrůd: Amadea – podobné vlastnosti jako Amflora, ale využití i v potravinářství Fortuna rezistence k bramborové plísni Další transgenní odrůdy – odolnost k hnilobě, odolnost k mandelince bramborové, kompaktnější odrůdu nasávající při smažení méně tuku • Protato (Indický GM brambor)– 60% více proteinů než nešlechtěný brambor, zvýšené hladiny některých aminokyselin

27. GM Rýže • hlavní potravina v Asii • Vysoká energetická hodnota, ale nedostatek aminokyselin a vitamínů Oslepnutí až 500 000 dětí ročně, smrt 6000 dětí denně Zlatá rýže - produkce -karotenu – provitamín vitamínu A (Antioxidační účinky, proti nádorům, infekcím, správná fce zraku) 2000 – GOLDEN RICE, 2001 – GR1, 2005 – GR2-zvýšený obsah bílkovin, vitamín E, železo, zinek 2009 – GR2G Filipíny, Bangladéš, Indie Bayer CropScience – LL62 – rezistence vůči herbicidu Allergen – free rýže – Japonsko, citlivost na ASalbumin

28. GM plodiny v EU Postoj EU k GMO je velmi negativní Rakousko, Itálie, Řecko – bez polních pokusů Francie, Německo, Británie, Belgie - aktivisté Španělsko, Rumunsko, Švédsko, ČR - výzkum a vliv na životní prostředí Od 2009 – značný pokles polních pokusů s GM rostlinami BASF Plant Science z Evropy do USA 2012 – konec biotechnologických projektů Společnost se zaměří na vývoj GM plodin s uplatněním v Severní a Jižní Americe a v Asii Jedinou GM plodinou pěstovanou v EU je GM kukuřice Některé další GM plodiny se do EU dovážejí a zpracovávají

29. Česká komise pro nakládání s geneticky modifikovanými organismy a genetickými produkty Vědecký výbor pro geneticky modifikované potraviny a krmiva http://www.mzp.cz/cz/geneticky_modifikovane_organismy GM plodiny v ČR • Bt kukuřice MON810 – v ČR se pěstuje od roku 2006 • GM brambora Amflora - 2010 - 150 ha polí, 2011 – nedostatek sadby, 2012 – BASF ukončila projekt Probíhá: drobné projekty s GM slivoní, lnem, hrachem a tabákem – pouze malé plochy Výzkum orientovaný na budoucí komerční využití nových GM plodin však přestává být u nás perspektivní.

30. Princip genetické modifikace – proč zlepšovat vlastnosti rostlin • Vyšší výnos, úspora pesticidů, omezení techniky – eroze, vláha • GMO a globální problémy – přírůstek lidské populace, snížení CO2, klimatické změny • Zachování biodiverzity