11 - Genetické modifikace a klonování organismů

Genetické modifikace a klonování organismů
Biotechnologie a genové inženýrství
Biotechnologie
biotechnologie představují využívání všech biologických, fyziologických a biochemických vlastností ve prospěch člověka
zemědělská výroba – biotechnologický proces
na počátku 21. stol termín biotechnologie označuje mnohem užší oblast lidské činnosti, která aplikuje aktuální poznatky molekulární genetiky, buněčné biologie, biochemie, fyziologie, pro vytváření nových technologií využívajících biologického potenciálu živých organismů
biotechnologie jsou těsně napojeny na oblast genového inženýrství, které je těsněji spojeno detailním popisem genetické výbavy nebo s netradičními metodami změny genetické informace
oblasti zájmu:
buněčné inženýrství – práce s buňkami zahrnuje:
in vitro (ve sterilním prostředí izolovat samostatné buňky) kultivace buněk, pletiv, tkání a orgánů
identifikace a izolace genů
mapování genomu
genové manipulace (přidávání cizích genů) u rostlin a živočichů
molekulární diagnostika patogenů
genové inženýrství u mikroorganismů
proteinové inženýrství
Buněčné inženýrství
u rostlin i u živočichů byly vypracovány strategie kultivace izolovaných buněk ve sterilních in vitro podmínkách
zajištění optimálních podmínek umožňuje dediferencovaným buňkám realizovat veškerou metabolickou činnost a dělit se
pro rostlinné buňky je typická totipotence, která je definována jako schopnost dediferenovaných buněk regenerovat se zpět v intaktní rostlinu
u buněk vyšších živočichů totipotence v pravém slova smyslu neexistuje
bioreaktory a produkce sekundárních metabolitů
speciální sterilní kolona, která je naplněna bakteriálními nebo nediferencovanými rostlinnými nebo živočišnými buňkami
kultivační médium, které tyto buňky omývá, zajišťuje nezbytné zdroje energie a stavební látky pro kultivované buňky
buňky vytvářejí metabolické produkty, které uvolňují do kultivačního média
dalšími metodami jsou tyto metabolity následně izolovány a využívány člověkem např. v oblasti farmacie.
(např. bioreaktorem je kultivace buněk náprstníků pro produkci sekundárního metabolitu digoxinismu)
protoplast
rostlinná buňka, které je enzymaticky zbavená buněčné stěny
absence buněčné stěny je pouze dočasná, rostlinný protoplast dokáže znovu vytvořit buněčnou stěnu
totipotence rostlinné buňky umožňuje regeneraci protoplasmových buněk v intaktní fertilní rostliny
fůze protoplastů a somatická hybridizace u rostlin
pomocí chemických nebo fyzikálních faktorů lze navodit splynutí neboli fůzi dvou protoplastů
pokud fúzují protoplast dvou různých botanických druhů => vzniká somatický hybrid
počet chromozómů u něj se sčítá
somatický hybrid má fúzované jádro i cytoplazmu
pokud dojde pouze k fúzi cytoplazmy, vzniká cytoplazmatický hybrid - cybrid
fúzované protoplasty následně obnovují svou buněčnou stěnu a vytvářejí amorfní soubor nediferenciovaných, dělících se buněk - kalus
v důsledku totipotence rostlinné buňky může dojít k:
přímé somatické embryogenezi (srdčité embryo – buňky se začaly specializovat)
generaci orgánů
- finálním výsledkem je u obou strategií získání intaktní rostliny, tedy somatického hybrida
využití somatických hybridů:
překlenutí nekřížitelnosti mezi různými druhy a rody
do kulturních rostlin jsou vnášeny např. geny, které řídí odolnost rostlin vůči některým chorobám a škůdcům (Solanum tuberosum – odolnost vůči plísni bramborové)
Hybridomy u živočišných buněk
pro produkci určitých proteinů
hybridom vzniká obvykle fúzí buňky, která nese gen pro požadovaný protein a nádorové (myelinové) buňky, která hybridomu předává schopnost nekonečného množení – buněčného dělení
živočišné hybridomy nejsou totipotentní
hybridovy mohou vznikat mezi buňkami různých živočichů
buňky hybridomů se množí, ale nemohou se úplně diferencovat a dát vznik intaktnímu jedinci
Geneticky modifikované organismy (GMO)
H. W. Boyer (San Francisco – USA)
S. N. Cohen (Stanford – USA)
1972 vytvořily první geneticky modifikovaný organismus
byla to bakterie Escheria coli, která obsahovala plazmidy s cizími geny
1996 – dostali Lemelson-MIT cenu
s R. Swamsonem – první biotechnologická firma – Genentech, Inc.
Gramnegativní tyčinkovitá bakterie Escherichia coli
všudypřítomná střevní bakterie
jako model se využívají bezpečné kmeny
je známá sekvence jejího genomu – 4,7 mil párů bází, 3 500 genů
dvoušroubovicová DNA
menší kružnicové molekuly DNA - plazmidy
na plazmidech jsou lokalizovány např. geny pro rezistenci bakterie k antibiotikům
Genetické modifikace, které prováděli Boyer a Cohen:
extrakce plazmidu z buňky
přestříhnutí plazmidu restrikčním enzymem
vystřižení genu restrikčním enzymem
zabudování přenášeného genu z jiné DNA do plazmidu (přestřiženého) enzymem lipáza – nekombinovaný plazmid
transformace bakteriální buňky nekombinovaným plazmidem
transformace bakterií
transformované bakterie byly prvními geneticky modifikovanými organismy na světě, vzniklými lidskou činností
vnášený gen byl replikován a exprimován v bakteriální buňce
přenos plazmidu do bakterie je prováděn s využitím chemických nebo fyzikálních faktorů – velice častá je elektroporace buněk

detekce geneticky modifikovaných bakterií
nezda