Działania w ramach inżynierii genetycznej
Inżynieria genetyczna to techniki stosowane na poziomie molekularnym, pozwalające na ingerencję w genom organizmu.
Techniki te polegają na:
- izolowaniu fragmentów materiału genetycznego z komórki
- wprowadzaniu zmian do informacji genetycznej
- przenoszeniu fragmentów DNA do komórek innego organizmu
- powielaniu (= klonowaniu) genów i całych organizmów.
Efektem stosowania inżynierii genetycznej jest powstawanie genetycznie modyfikowanych organizmów - w skrócie GMO.
Metody przenoszenia i powielania genów
1. Wszelkie zabiegi na materiale genetycznym muszą rozpocząć się od jego wyizolowania z komórki. Stosuje się tu różne metody, a efektem jest uzyskanie czystych cząsteczek DNA.2. Cząsteczki DNA są cięte na krótsze kawałki za pomocą enzymów restrykcyjnych. Są to enzymy, które rozpoznają odpowiednie sekwencje DNA i przecinają je w tym miejscu w poprzek. Enzymy te są specyficzne, to znaczy jeden enzym rozpoznaje tylko jedną określoną sekwencję DNA. Większość z nich przecina cząsteczkę w charakterystyczny sposób - pozostawiając tzw. „lepkie końce”.
3. Wśród pociętych kawałków DNA muszą zostać znalezione te części, które zawierają poszukiwany gen. Znalezione odpowiednimi metodami fragmenty są izolowane od reszty materiału genetycznego.
4. Uzyskane fragmenty DNA wraz z poszukiwanym genem zostają wprowadzone do komórek modyfikowanego organizmu. Mogą to być komórki bakterii, grzybów, roślin i zwierząt. Sposób wprowadzenia „obcego” DNA zależy od rodzaju „biorcy”, ale zawsze użyty musi być specjalny nośnik zwany wektorem.
Jeśli transformowaną komórką ma być komórka bakterii, jako wektora można użyć plazmidu. Plazmid to niewielkie koliste cząsteczki DNA, charakterystyczne dla bakterii, które łatwo wnikają do wnętrza komórek i tam ulegają autoreplikacji (samopowieleniu).
Wbudowanie obcego genu polega na przecięciu plazmidu tym samym enzymem restrykcyjnym, co cięty poprzednio fragment DNA. Obie cząsteczki posiadają wtedy takie same „lepkie końce”. Następnie mieszane są ze sobą oraz z enzymami umożliwiającymi ich łączenie - tzw. ligazami. Otrzymujemy wtedy nowe, zrekombinowane plazmidy.
Innym często stosowanym wektorem są wirusy. W ich naturze leży wbudowywanie własnego materiału genetycznego do genomu gospodarza. Wystarczy więc odpowiednio zmodyfikowanym wirusom „dokleić” uzyskany wcześniej fragment DNA i zainfekować nimi komórkę.
5. Stosowanie technik inżynierii genetycznej wymaga posiadania odpowiedniej ilości kopii genu, dlatego uzyskane fragmenty DNA, połączone z wektorem, poddaje się klonowaniu (czyli powielaniu). Wykorzystać można do tego celu bakterie, którym podano zrekombinowany plazmid. Bakterie, po odpowiednim przygotowaniu, bardzo łatwo pobierają plazmidy z otoczenia, a następnie wchłonięta cząsteczka ulega autoreplikacji - następuje jej klonowanie.
Coraz częściej stosuje się prostszy sposób powielania fragmentów DNA. Jest to metoda laboratoryjna zwana w skrócie PCR, polegająca na rozdzieleniu podwójnej helisy i dobudowywaniu nici komplementarnej przy udziale polimerazy. Zabieg ten może być powtarzany wielokrotnie, a liczba otrzymanych kopii jest właściwie nieograniczona.
Skutkiem stosowania opisanych technik jest powstawanie organizmów transgenicznych.
Organizm transgeniczny to organizm, któremu wprowadzono obcy fragment DNA.
Organizmy transgeniczne nie są jedynymi organizmami, na których dokonuje się manipulacji genowych - można na przykład pozbawić organizm jakiegoś genu albo wprowadzić ten sam, ale nieco zmieniony.
Wszystkie organizmy, w których dokonano jakiejkolwiek ingerencji w materiał genetyczny, nazywamy organizmami genetycznie modyfikowanymi - w skrócie GMO.
Klonowanie organizmów
Termin klonowanie odnosi się zarówno do fragmentów DNA, jak i do pojedynczych komórek lub całych organizmów. W każdym przypadku oznacza to powielenie DNA.
Klonowanie organizmów to uzyskiwanie osobników identycznych genetycznie. Osobniki te nazywane są klonami.
W przyrodzie istnieją naturalne klony wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z rozmnażaniem bezpłciowym przez podział, a więc u bakterii, pierwotniaków czy jednokomórkowych glonów. Również rośliny powstałe wskutek rozmnażania wegetatywnego są klonami. U ludzi klonami są bliźnięta jednojajowe, gdyż powstają poprzez rozpad zarodka w pierwszych dniach jego rozwoju. Natomiast nie ma w świecie zwierząt i ludzi naturalnego powielania osobników już istniejących czy wręcz dojrzałych, a właśnie taki sposób klonowania stał się obiektem badań człowieka.
Metoda dzięki której powstała słynna owca Dolly została już wielokrotnie zastosowana. Efektem jest coraz liczniejsza gromada sklonowanych ssaków: od myszy, przez zwierzęta hodowlane po małpy. Procedura wygląda następująco:
1. Pobiera się komórkę jajową od samicy A i usuwa z niej jądro komórkowe.
2. Na miejsce usuniętego jądra wprowadza się inne, pochodzącego z komórki samicy B. To ona będzie sklonowana, gdyż jest dawcą materiału genetycznego. Wprowadzone jądro musi pochodzić z komórki somatycznej - chodzi o to, by było diploidalne.
3. „Oszukana” komórka jajowa zachowuje się tak, jakby została zapłodniona i przekształca się w zarodek.
4. Rozwijający się zarodek umieszcza się w macicy samicy C.
5. Po okresie ciąży samica C rodzi młode, które jest klonem samicy B!
Ta prosta na pozór procedura jest bardzo zawodna - owca Dolly „udała się” dopiero za 277 razem.
Cel klonowania
Klonowanie może mieć zastosowanie wszędzie tam, gdzie chcemy uzyskać identyczne kopie jakiegoś organizmu. Mogą to być zwierzęta hodowlane o szczególnie wysokich walorach użytkowych lub organizmy genetycznie zmodyfikowane (manipulacje genami są skomplikowane stąd łatwiej jest powielać raz „skonstruowany” model niż tworzyć go za każdym razem od nowa). Nie mają natomiast żadnego uzasadnienia pomysły dotyczące klonowania człowieka, a próby takiej działalności są niemoralne.