1Βασικοί όροι

Οι ορισμοί αυτού του κεφαλαίου ζητούνται συχνά αυτούσιοι. Μάθε τους σε ομάδες: διαγονιδιακός οργανισμός, πλασμίδιο Ti και μικροέγχυση, α₁-αντιθρυψίνη και εμφύσημα, παράγοντας IX και αιμορροφιλία Β.

Agrobacterium tumefaciens

Βακτήριο που ζει στο έδαφος και έχει τη φυσική ικανότητα να μολύνει φυτικά κύτταρα, μεταφέροντας σε αυτά ένα πλασμίδιο που ονομάζεται Ti.

Bacillus thuringiensis

Βακτήριο που ζει στο έδαφος και παράγει μια ισχυρή τοξίνη, ικανή να καταστρέψει πολλά είδη εντόμων και σκωλήκων.

Gene pharming

Η παραγωγή φαρμακευτικών πρωτεϊνών ανθρώπινης προέλευσης από διαγονιδιακά ζώα.

α₁-αντιθρυψίνη (ΑΑΤ)

Πρωτεΐνη που παράγεται στο ήπαρ του ανθρώπου. Η έλλειψή της, που οφείλεται σε μετάλλαξη του αντίστοιχου γονιδίου, οδηγεί σε εμφύσημα.

Αιμορροφιλία Β

Ασθένεια που οφείλεται στην έλλειψη του παράγοντα IX, πρωτεΐνης του μηχανισμού πήξης του αίματος.

Διαγονιδιακός οργανισμός

Ζωικός ή φυτικός οργανισμός που έχει υποστεί γενετική αλλαγή με τη χρήση των τεχνικών της Γενετικής Μηχανικής. Περιέχει γονίδια από άλλον οργανισμό, συνήθως διαφορετικού είδους. Λέγεται και γενετικά τροποποιημένος.

Ελεγχόμενες διασταυρώσεις

Διασταυρώσεις ανάμεσα σε φυτά ή ζώα που έχουν επιλεγεί για τα χαρακτηριστικά τους, με σκοπό οι απόγονοι να συνδυάζουν τα επιθυμητά γνωρίσματα.

Εμφύσημα

Πάθηση των πνευμόνων που είναι αποτέλεσμα έλλειψης της α₁-αντιθρυψίνης. Προκαλείται από την καταστροφή των πνευμονικών κυψελίδων και οδηγεί σε αναπνευστική ανεπάρκεια.

Επιλογή

Η διαδικασία με την οποία επιλέγονται φυτά ή ζώα με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά (μέγεθος καρπών, αντοχή σε συγκεκριμένες συνθήκες) και διασταυρώνονται μεταξύ τους, διαιωνίζοντας τα χαρακτηριστικά αυτά.

Θετή μητέρα

Το θηλυκό ζώο στη μήτρα του οποίου εμφυτεύεται το έμβρυο και το κυοφορεί. Δεν συνεισφέρει γενετικό υλικό στο ζώο που γεννιέται.

Θρόμβος

Η απόφραξη αγγείων του κυκλοφορικού συστήματος εξαιτίας αλάτων, αρτηριοσκλήρυνσης ή άλλων ασθενειών. Αντιμετωπίζεται και με τον ενεργοποιητή πλασμινογόνου (tPA), που παράγεται από διαγονιδιακά ζώα.

Κλωνοποίηση οργανισμού

Η δημιουργία ενός οργανισμού γενετικά όμοιου με έναν άλλο, με μεταφορά του πυρήνα ενός σωματικού κυττάρου σε ωάριο από το οποίο έχει αφαιρεθεί ο πυρήνας.

Μικροέγχυση

Η μέθοδος μεταφοράς DNA, με τη βοήθεια ειδικής μικροβελόνας, στον πυρήνα ενός ζωικού κυττάρου. Χρησιμοποιούνται γονιμοποιημένα ωάρια, στα χρωμοσώματα των οποίων ενσωματώνεται το ξένο γενετικό υλικό.

Παράγοντας IX

Πρωτεΐνη που συμμετέχει στον μηχανισμό πήξης του αίματος. Η έλλειψή του οδηγεί στην αιμορροφιλία Β.

Πλασμίδιο Ti

Πλασμίδιο του βακτηρίου Agrobacterium tumefaciens, μέσω του οποίου επιθυμητά γονίδια ενσωματώνονται σε φυτικά κύτταρα.

Ποικιλία Bt

Διαγονιδιακό φυτό στο οποίο έχει μεταφερθεί το γονίδιο της τοξίνης του Bacillus thuringiensis. Είναι ανθεκτικό στα έντομα.

Τοξίνη

Οποιαδήποτε χημική ένωση ή ουσία, ή παράγωγό της, ξένη προς τον οργανισμό, η οποία του προκαλεί δυσάρεστες επιδράσεις ή παρενέργειες.

Φαρμακευτικές πρωτεΐνες

Οι πρωτεΐνες που χρησιμοποιούνται ως φάρμακα. Τέτοιες είναι η ινσουλίνη, οι ιντερφερόνες και η αυξητική ορμόνη, που παράγονται από γενετικά τροποποιημένα βακτήρια.

Δεν βρέθηκε όρος.

2Από τις διασταυρώσεις στη Γενετική Μηχανική

Ο άνθρωπος βελτιώνει τα φυτά και τα ζώα του εδώ και χιλιάδες χρόνια. Ο παραδοσιακός τρόπος είναι οι διασταυρώσεις επιλογής: επιλέγονται οργανισμοί με επιθυμητά χαρακτηριστικά, π.χ. μεγάλους καρπούς ή αντοχή σε συγκεκριμένες συνθήκες, και διασταυρώνονται μεταξύ τους.

Τα μειονεκτήματα των διασταυρώσεων

• Χρόνος και κόποςη μέθοδος είναι χρονοβόρα και επίπονη, γιατί απαιτούνται συνεχείς διασταυρώσεις
• Μη επιθυμητές ιδιότητεςοι απόγονοι φέρουν συνήθως ορισμένους από τους επιθυμητούς χαρακτήρες μαζί με άλλες, μη επιθυμητές ιδιότητες

Η λύση της Γενετικής Μηχανικής

Με τις τεχνικές της Γενετικής Μηχανικής προστίθεται στον οργανισμό μόνο το γονίδιο που μας ενδιαφέρει, ακόμη και από εντελώς διαφορετικό είδος. Οι οργανισμοί που προκύπτουν ονομάζονται διαγονιδιακοί ή γενετικά τροποποιημένοι. Η βελτίωση γίνεται σε σύντομο χρονικό διάστημα και αφορά μόνο το επιθυμητό χαρακτηριστικό.

• Διαγονιδιακά φυτάκαπνός, εσπεριδοειδή, δημητριακά (π.χ. καλαμπόκι), βαμβάκι, ρύζι, ντομάτες, πατάτες, διάφορα δέντρα
• Διαγονιδιακά ζώααγελάδες, πρόβατα, χοίροι, κατσίκες

3Διαγονιδιακά φυτά

Το βακτήριο Agrobacterium tumefaciens ζει στο έδαφος και μολύνει φυτικά κύτταρα. Κατά τη μόλυνση μεταφέρει σε αυτά ένα πλασμίδιο, το Ti, που ενσωματώνεται στο γενετικό υλικό του φυτικού κυττάρου και προκαλεί όγκους. Το βακτήριο κάνει δηλαδή από μόνο του αυτό που χρειάζεται η Γενετική Μηχανική: βάζει ξένο DNA μέσα σε φυτικά κύτταρα.

Πώς δημιουργείται ένα διαγονιδιακό φυτό

1. Το πλασμίδιο Ti απομονώνεται από το Agrobacterium tumefaciens.
2. Τα γονίδια του πλασμιδίου που προκαλούν όγκους αδρανοποιούνται.
3. Στο πλασμίδιο ενσωματώνεται το επιθυμητό γονίδιο, με τεχνικές ανασυνδυασμένου DNA.
4. Το ανασυνδυασμένο πλασμίδιο εισάγεται σε φυτικά κύτταρα, που αναπτύσσονται σε καλλιέργεια.
5. Από τα τροποποιημένα κύτταρα αναπτύσσεται ολόκληρο φυτό. Το φυτό και οι απόγονοί του φέρουν το νέο γονίδιο.

Οι ποικιλίες Bt

Το βακτήριο Bacillus thuringiensis ζει στο έδαφος και παράγει μια ισχυρή τοξίνη, ικανή να καταστρέψει πολλά είδη εντόμων και σκωλήκων. Η τοξίνη αυτή είναι πολλές χιλιάδες φορές ισχυρότερη από τα κοινά εντομοκτόνα. Το γονίδιο που την κωδικοποιεί μεταφέρεται στα φυτά με τη βοήθεια του πλασμιδίου Ti. Τα φυτά που προκύπτουν παράγουν τα ίδια την τοξίνη, είναι ανθεκτικά στα έντομα και ονομάζονται ποικιλίες Bt, π.χ. καλαμπόκι Bt.

• Λιγότερα εντομοκτόνατο φυτό προστατεύεται μόνο του, οπότε περιορίζονται οι ψεκασμοί
• Μεγαλύτερη παραγωγήμειώνονται οι απώλειες της σοδειάς από τα έντομα

4Διαγονιδιακά ζώα

Διαγονιδιακά ονομάζονται τα ζώα στα οποία έχει τροποποιηθεί το γενετικό υλικό με την προσθήκη γονιδίων, συνήθως από άλλο είδος. Η πιο διαδεδομένη μέθοδος για τη δημιουργία τους είναι η μικροέγχυση.

1. Ωάρια του ζώου γονιμοποιούνται στο εργαστήριο.
2. Με ειδική μικροβελόνα το ξένο DNA εισάγεται στον πυρήνα του γονιμοποιημένου ωαρίου και ενσωματώνεται συνήθως σε κάποιο από τα χρωμοσώματά του.
3. Το ζυγωτό εμφυτεύεται στη μήτρα μιας θετής μητέρας, όπου αναπτύσσεται το έμβρυο.
4. Γεννιέται το διαγονιδιακό ζώο.

Γιατί τροποποιείται το ζυγωτό

Όλα τα κύτταρα του ζώου προέρχονται με μιτώσεις από το ζυγωτό. Αν το ξένο γονίδιο ενσωματωθεί στα χρωμοσώματα του ζυγωτού, θα βρίσκεται σε όλα τα κύτταρα του ζώου, και στα γεννητικά. Το ζώο το μεταβιβάζει επομένως στους απογόνους του.

• Βελτίωση της παραγωγήςζώα με ταχύτερη ανάπτυξη ή βελτιωμένα προϊόντα
• Παραγωγή φαρμακευτικών πρωτεϊνώνζώα που παράγουν ανθρώπινες πρωτεΐνες στο γάλα τους

5Φαρμακευτικές πρωτεΐνες από διαγονιδιακά ζώα

Η παραγωγή φαρμακευτικών πρωτεϊνών ανθρώπινης προέλευσης από διαγονιδιακά ζώα ονομάζεται gene pharming. Το ανθρώπινο γονίδιο εκφράζεται στα κύτταρα των μαστικών αδένων του ζώου και η πρωτεΐνη παραλαμβάνεται από το γάλα.

Τα βήματα

1. Απομόνωση του ανθρώπινου γονιδίου που κωδικοποιεί τη φαρμακευτική πρωτεΐνη.
2. Μικροέγχυση του γονιδίου στον πυρήνα γονιμοποιημένου ωαρίου του ζώου.
3. Τοποθέτηση του γενετικά τροποποιημένου ζυγωτού στη μήτρα θετής μητέρας, για κυοφορία.
4. Γέννηση του διαγονιδιακού ζώου.
5. Διασταυρώσεις, ώστε το γονίδιο να περάσει στους απογόνους και να αποκτηθούν πολλά διαγονιδιακά ζώα.
6. Παραγωγή της πρωτεΐνης στο γάλα, απομόνωση και καθαρισμός της.

Γιατί ζώα και όχι βακτήρια

• Σωστά τροποποιημένη πρωτεΐνηπολλές ανθρώπινες πρωτεΐνες γίνονται λειτουργικές μόνο ύστερα από τροποποιήσεις που τα βακτήρια δεν μπορούν να κάνουν. Τα κύτταρα των θηλαστικών τις κάνουν
• Εύκολη παραλαβήτο γάλα συλλέγεται συνεχώς, σε μεγάλες ποσότητες και χωρίς να βλάπτεται το ζώο

6Κλωνοποίηση

Το 1997 ανακοινώθηκε η γέννηση της Dolly, του πρώτου θηλαστικού που κλωνοποιήθηκε από κύτταρο ενήλικου ζώου. Η Dolly δεν προήλθε από γονιμοποίηση. Το γενετικό υλικό του πυρήνα της ήταν ίδιο με εκείνο ενός ενήλικου προβάτου.

1. Από ένα πρόβατο παραλαμβάνεται ο πυρήνας ενός σωματικού κυττάρου, από τους μαστικούς αδένες.
2. Από το ωάριο ενός δεύτερου προβάτου αφαιρείται ο πυρήνας.
3. Ο πυρήνας του σωματικού κυττάρου εισάγεται στο απύρηνο ωάριο. Το κύτταρο που προκύπτει είναι διπλοειδές.
4. Το κύτταρο διαιρείται 3 ή 4 φορές και το έμβρυο εμφυτεύεται στη μήτρα ενός τρίτου προβάτου, της θετής μητέρας.
5. Γεννιέται το κλωνοποιημένο πρόβατο.

Σε τι χρησιμεύει

• Πολλαπλασιασμός διαγονιδιακών ζώωνένα διαγονιδιακό ζώο με υψηλή παραγωγή φαρμακευτικής πρωτεΐνης μπορεί να δώσει πολλά όμοια αντίγραφα
• Προστασία ειδώνθα μπορούσε να βοηθήσει στη διάσωση ειδών που απειλούνται με εξαφάνιση

7Μικροοργανισμοί και ιοί της Γενετικής Μηχανικής

Οι μικροοργανισμοί και οι ιοί που συναντήσαμε στα Κεφάλαια 4, 7, 8 και 9 ζητούνται συχνά σε ερωτήσεις αντιστοίχισης.

8Συγκρίσεις

Συχνά λάθη

Το πλασμίδιο Ti δεν χρησιμοποιείται όπως είναι

Πρώτα αδρανοποιούνται τα γονίδια που προκαλούν όγκους.

Η μικροέγχυση γίνεται στο γονιμοποιημένο ωάριο

Όχι σε σωματικό κύτταρο ούτε στο αγονιμοποίητο ωάριο.

Η θετή μητέρα δεν δίνει γενετικό υλικό

Ούτε στο διαγονιδιακό ούτε στο κλωνοποιημένο ζώο.

Η Dolly δεν είχε πατέρα

Προήλθε από πυρήνα σωματικού κυττάρου, χωρίς γονιμοποίηση. Ήταν θηλυκή, όπως το πρόβατο που έδωσε τον πυρήνα.

Εμφύσημα και αιμορροφιλία Β

Εμφύσημα: έλλειψη α₁-αντιθρυψίνης. Αιμορροφιλία Β: έλλειψη παράγοντα IX. Η αιμορροφιλία Α οφείλεται στην έλλειψη του παράγοντα VIII.

Διαγονιδιακός δεν σημαίνει κλωνοποιημένος

Ο διαγονιδιακός οργανισμός έχει ξένο γονίδιο. Ο κλώνος είναι αντίγραφο και δεν έχει ξένο γονίδιο.

9Αυτοέλεγχος

Δώδεκα γρήγορες ερωτήσεις. Πάτα μια απάντηση για να δεις αν είναι σωστή.

1. Το πλασμίδιο Ti προέρχεται από το βακτήριο:

   Escherichia coliBacillus thuringiensisAgrobacterium tumefaciensPenicillium

   Το Agrobacterium tumefaciens ζει στο έδαφος και μολύνει φυτικά κύτταρα.

2. Πριν χρησιμοποιηθεί ως φορέας, από το πλασμίδιο Ti:

   αφαιρούνται όλα τα γονίδιααδρανοποιούνται τα γονίδια που προκαλούν όγκουςαφαιρείται το γονίδιο της τοξίνηςπροστίθεται ένα ανθρώπινο γονίδιο

   Έτσι το πλασμίδιο εξακολουθεί να μπαίνει στα φυτικά κύτταρα, αλλά δεν προκαλεί όγκους.

3. Ένα φυτό ποικιλίας Bt παράγει:

   ένα αντιβιοτικόμια τοξίνη που καταστρέφει έντομαανθρώπινη ινσουλίνηπλασμίδια Ti

   Έχει δεχτεί το γονίδιο της τοξίνης του Bacillus thuringiensis.

4. Στη μικροέγχυση το ξένο DNA εισάγεται:

   στο κυτταρόπλασμα ενός σωματικού κυττάρουστον πυρήνα ενός γονιμοποιημένου ωαρίουσε ένα σπερματοζωάριοστη μήτρα της θετής μητέρας

   Επειδή τροποποιείται το ζυγωτό, το ξένο γονίδιο υπάρχει σε όλα τα κύτταρα του ζώου.

5. Οι φαρμακευτικές πρωτεΐνες των διαγονιδιακών ζώων παραλαμβάνονται συνήθως από:

   το αίματο γάλατο ήπαρτα ούρα

   Το γονίδιο εκφράζεται στα κύτταρα των μαστικών αδένων.

6. Η έλλειψη της α₁-αντιθρυψίνης προκαλεί:

   αιμορροφιλία Βδιαβήτηεμφύσημαθρόμβωση

   Η α₁-αντιθρυψίνη παράγεται φυσιολογικά στο ήπαρ.

7. Ο παράγοντας IX χορηγείται σε άτομα με:

   αιμορροφιλία Ααιμορροφιλία Βεμφύσημακυστική ίνωση

   Είναι πρωτεΐνη του μηχανισμού πήξης του αίματος.

8. Το κλωνοποιημένο πρόβατο Dolly είχε πυρηνικό DNA ίδιο με το πρόβατο:

   που έδωσε το ωάριοπου έδωσε το σωματικό κύτταροπου το κυοφόρησεκανένα από τα τρία

   Ο πυρήνας προήλθε από κύτταρο μαστικού αδένα.

9. Στην κλωνοποίηση το ωάριο:

   γονιμοποιείται από σπερματοζωάριοχρησιμοποιείται αφού αφαιρεθεί ο πυρήνας τουδέχεται ξένο DNA με μικροέγχυσηδεν χρειάζεται

   Στη θέση του πυρήνα του μπαίνει ο πυρήνας του σωματικού κυττάρου.

10. Σε σχέση με τη Γενετική Μηχανική, οι διασταυρώσεις επιλογής:

    είναι ταχύτερεςδίνουν μόνο τους επιθυμητούς χαρακτήρεςείναι χρονοβόρες και επίπονεςδημιουργούν διαγονιδιακούς οργανισμούς

    Απαιτούν συνεχείς διασταυρώσεις και οι απόγονοι φέρουν και μη επιθυμητές ιδιότητες.

11. Ένα διαγονιδιακό ζώο μεταβιβάζει το ξένο γονίδιο στους απογόνους του, επειδή:

    το γονίδιο υπάρχει μόνο στους μαστικούς αδένεςτο γονίδιο υπάρχει σε όλα τα κύτταρά του, και στα γεννητικάκλωνοποιείταιη θετή μητέρα το μεταφέρει

    Όλα τα κύτταρα του ζώου προέρχονται με μιτώσεις από το τροποποιημένο ζυγωτό.

12. Η κλωνοποίηση θα μπορούσε να χρησιμεύσει:

    στην παραγωγή αντιβιοτικώνστον πολλαπλασιασμό διαγονιδιακών ζώων και στην προστασία ειδών που απειλούνταιστη δημιουργία ποικιλιών Btστην παραγωγή μονοκλωνικών αντισωμάτων

    Δίνει πολλά αντίγραφα ενός ζώου με επιθυμητά χαρακτηριστικά.