Praktyczne wykorzystanie genetyki,czyli inżynieria genetyczna.

Genetyka jest wykorzystywana przez wiele innych dziedzin – między innymi przez medycynę, hodowlę zwierząt czy rolnictwo. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu tzw. inżynierii genetycznej. Ta poddziedzina genetyki oparta jest o rekombinacje DNA – wymienianie poszczególnych odcinków kwasu nukleinowego na inne. Wraz z rozwojem tej gałęzi, odkryto metody, dzięki którym możliwe jest szybkie namnażanie genów oraz ich odcinków. Ta metoda została opracowana przez M. Smith oraz K. Mullis,. Ci chemicy dali możliwość ekspresji konkretnych cech u określonego zwierzęcia czy rośliny zanim pojawiły się one u danego gatunku. Na przykład było to dostarczenie do komórek pałeczek okrężnicy genu, który warunkuje produkcję insuliny. W taki oto sposób otrzymano insulinę, która świetnie może zastępować ten hormon wytwarzany w trzustce zwierzęcia.

Eksperymenty i badania genetyczne wymagają skomplikowanych technik i drogiego sprzętu laboratoryjnego, lecz rozwijają się bardzo prężnie, stwarzając ogromne możliwości w różnych dziedzinach.

Medycyna

Organizmy transgeniczne (modyfikowane genetycznie)

Organizmami transgenicznymi nazywamy takie, które w swoim materiale genetycznym posiadają dodatkowo obce geny pochodzące od osobników innego gatunku, dostarczone do tkanek za pomocą metody inżynieryjnej – ma to wiele korzyści. Na przykład rośliny transgeniczne posiadają wysoką odporność bądź mogą żyć w niekorzystnych warunkach. Produkcja takich organizmów pozwala badać geny pod względem ich funkcjonowania.

Transgeniczne rośliny wykorzystywane są przede wszystkim w hodowlach, w których pożądane są pewne cechy – takie jak: odporność na różne substancje czy niekorzystne czynniki zewnętrzne. Do tej pory jednak nie są znane efekty na ludziach spożywających transgeniczne rośliny.

Z efektów otrzymanych na roślinach, można się spodziewać krów, które będą wydzielać w mleku insulinę – którą można by wykorzystać w leczeniu cukrzycy u ludzi czy innych zwierząt. Dzięki transgenicznym rośliną i zwierzętom spadną ceny leków, a hodowla roślin i zwierząt będzie miej wymagająca. Jak do tej pory zwierzęta transgeniczne są jedynie wykorzystywane w badaniach nad różnymi chorobami: od nowotworów po choroby genetyczne. Jako przykład można tu podać wyhodowanie myszy z hormonem wzrostu szczura.

Terapia genowa

Ostatnie lata przynoszą coraz więcej badań nad dziedzicznością chorób, które są nieuleczalne. Zakładają one wykorzystanie terapii genowej jako leczenia. Terapia taka polega na wymianie uszkodzonego fragmentu DNA w pobranej komórce poza ciałem na nowy fragment oraz wszczepianie z powrotem do ciała chorego. Takie wszczepione geny mogą mieć wpływ na leczenie poprzez produkcję białek, których komórka wcześniej nie mogła wytwarzać bądź przez uśmiercanie komórki (nowotwory). Naukowcy uważają, że ta metoda może być skuteczna w leczeniu chorób krwi – np. białaczki oraz hemofilii. Jak na razie metody te są rozpopularyzowane w teorii, choć niewykluczone, że w niedługim czasie przyniosą one praktyczne efekty.

Klonowanie DNA

Dzięki tej metodzie możliwe jest namnażanie odpowiednich fragmentów DNA, tak że potem mogą być one wykorzystane w innych badaniach.

Ostatnie lata przyniosły znaczny postęp w rozwoju technik klonowania zwierząt. Naukowcy zamierzają wykorzystać klonowanie do przeszczepów różnych organów. Jednak pozostaje do osiągnięcia ważna kwestia. Otóż najpierw należy zmodyfikować białka enzymatyczne, które odrzucają narządy – pomogłoby to zmniejszyć ryzyko odrzucania przeszczepów przez pacjentów. Jednak jak na razie nie znaleziono dobrej metody, a badania zmierzające do tego są bardzo drogie.

DNA fingerprinting

Ciekawą metodą jest metoda „ genetycznych odcisków palców” (DNA fingerprinting). Opracował ją w latach osiemdziesiątych dwudziestego wieku Brytyjczyk Alec Jeffreys. Opiera się ona o izolowanie oraz sporządzanie obrazów odcinków DNA. Na początku izoluje się DNA z pobranych komórek. Potem tnie się je na mniejsze za pomocą enzymów restrykcyjnych. Następnie odcinki takie są rozdzielane z wykorzystaniem elektroforezy. Takie odcinki kolejno są przenoszone na filtry nitrocelulozowe i hybrydyzowane przy pomocy radioaktywnych sond. Na końcu fragmenty takie są fotografowane. Takie „genetyczne odciski palców” są obrazami fragmentów DNA, które wyglądają jak kody paskowe. Jeśli pobrano za mało DNA, przed sporządzeniem odcisków, DNA musi zostać namnożone, najczęściej robi się to za pomocą metody PCR. Nazwa tej metody wzięła się stąd, że każdy osobnik ma charakterystyczne wzory DNA – za pomocą których osobnik może być identyfikowany – tak samo jak, przy pomocy odcisków palców.

Metoda ta wykorzystywana jest głównie do dwóch celów. Pierwszym z nich jest diagnostyka chorób dziedzicznych, takich jak: hemofilia, anemia sierpowata czy choroba Huntingtona. Drugim celem jest kryminalistyka. Tu analizuje się ślady, takie jak: włosy, ślina czy sperma – pomaga to w ustalaniu tożsamości zarówno ofiar, jak i sprawców.

Farmaceutyka

Inżynieria genetyczna jest bardzo szeroko wykorzystywana do produkcji leków i innych substancji leczniczych, m.in. insuliny, czynnika krzepnięcia krwi, hormonu wzrostu, substancji antywirusowych i antybiotyków. Zwykle organizmami produkującymi leki są bakterie. Przykładowo pałeczka okrężnicy po wszczepieniu ludzkiego genu insuliny wytwarza ten hormon, który jest pełnowartościowy i z powodzeniem wykorzystywany w leczeniu cukrzycy, zamiast insuliny produkowanej wcześniej z trzustek zwierząt.

Leki można produkować w taki sposób, by odpowiadały indywidualnym potrzebom każdego z pacjentów.

Mikroorganizmy wykorzystuje się tez do produkcji bezpiecznych szczepionek, m.in. przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B – tutaj zastosowano drożdże. Obecnie trwają prace nad szczepionką przeciw chorobie Alzheimera – trwają badania na zwierzętach.

Oczywiście wszystkie nowe leki i szczepionki, podlegają surowym kontrolom i badaniom, aby były skuteczne i nie wywoływały powikłań. Tylko po spełnieniu wszystkich wymogów, lek może zostać użyty do leczenia chorych.

Rolnictwo

Organizmy roślinne i zwierzęce, niosące w sobie obce geny nazywa się organizmami transgenicznymi. Wprowadzanie do komórek roślin nowych genów ma na celu zwiększenie plonów lub poprawę ich jakości. W ten sposób otrzymuje się nowe odmiany smakowe owoców czy kolorystyczne kwiatów, np. bardzo słodkie jabłka lub niebieskie róże. Nie wiadomo do końca, jakie skutki może mieć spożywanie roślin transgenicznych. Z tego względu istnieją zarówno zwolennicy, jak i przeciwnicy tak modyfikowanej żywności.

Ciekawe przykłady roślin transgenicznych:

-Jabłka odporne na insekty,-Banany odporne na wirusy i grzyby,-Pomidory o wydłużonym czasie dojrzewania, dzięki tamu nie miękną,-Winogrona bez pestek,-Ziemniak o zmienionej strukturze skrobi, odporny na szkodniki, np.: stonkę ziemniaczaną, natomiast tę skrobię można wykorzystać do produkcji mas plastycznych samorozkładajacych się,-Rzepak o wyższej zawartości tłuszczu,-Truskawka mrozoodporna,-Ryż tzw. żółty o zwiększonej zawartości g-karotenu,

Hodowla

Otrzymuje się również transgeniczne zwierzęta hodowlane. Pierwszym udanym doświadczeniem tego typu było otrzymanie myszy z chromosomu szczurzego w roku 1990. Badania laboratoryjne dostarczają ważnych informacji na temat funkcjonowania organizmów: pracy układu odpornościowego czy chorobach genetycznych. W hodowli rolniczej zwierzęta „wzbogaca” się głównie w geny zwiększające odporność na choroby lub przyrost masy ciała. Otrzymuje się też krowy dające więcej mleka i kury znoszące większe jajka.

Szczególnie kontrowersyjną dziedziną inżynierii genetycznej jest klonowanie. W 1997 roku sklonowano pierwsze zwierzę – owcę Dolly. Pobrano przy tym komórkę od jednego zwierzęcia i wszczepiono jej jądro komórkowe innego. Narodzona owieczka jednak bardzo szybko się zestarzała, ponieważ okazało się, że jej organizm był biologicznie w tym samym wieku, co organizm „matki”. Prace nad klonowaniem mają na celu m.in. usunięcie białek odpornościowych z narządów zwierząt, dzięki czemu mogłyby zostać użyte do przeszczepów dla ludzi.

Najwięcej problemów i kontrowersji budzi jednak klonowanie komórek ludzkich. Jest to ogromna szansa dla leczenia wielu chorób, perspektywy są ogromne. Lecz ogromne są też wątpliwości natury etycznej i moralnej. Z tego powodu w niektórych krajach zabroniono tego typu badań na ludzkich komórkach.

Dolly, zazwyczaj znana jako owieczka Dolly (5 lipca 1996 r., - 14 lutego 2003 r.) – owca domowa, pierwsze zwierzę sklonowane z komórek somatycznych dorosłego osobnika metodą transferu jąder komórkowych[1][2]. Dolly została sklonowana przez naukowców z Instytutu Roslin w Edynburgu, w Szkocji– Iana Wilmuta i Keitha Campbella wraz z zespołem. Urodzona 5 lipca 1996 roku Dolly przeżyła sześć lat.