Prve transgene biljke (biljke duhana sa umetnutim genima iz mikroorganizama) dobivene su 1983. godine. Prva uspješna terenska ispitivanja transgenih biljaka (biljke duhana otporne na virusnu infekciju) obavljena su u SAD-u već 1986. godine.
Nakon prolaska svih potrebnih testova na toksičnost, alergenost, mutagenost itd. Prvi transgeni proizvodi postali su komercijalno dostupni u Sjedinjenim Državama 1994. godine. To su bili Calgenov paradajz Flavr Savr sa odloženim sazrijevanjem i Monsantova soja otporna na herbicide. U roku od 1-2 godine, biotehnološke firme izlaze na tržište cela linija genetski modifikovane biljke: paradajz, kukuruz, krompir, duvan, soja, uljana repica, tikvice, rotkvice, pamuk.
Trenutno se stotine komercijalnih firmi širom svijeta s ukupnim kapitalom većim od sto milijardi dolara bave proizvodnjom i testiranjem genetski modificiranih biljaka. 1999. godine posađene su transgene biljke ukupna površina oko 40 miliona hektara, što premašuje veličinu zemlje kakva je Velika Britanija. U SAD-u genetski modificirane biljke (GM usjevi) sada čine oko 50% usjeva kukuruza i soje i više od 30-40% usjeva pamuka. To sugerira da je genetski modificirana biljna biotehnologija već postala važan sektor u proizvodnji hrane i drugih korisnih proizvoda, privlačeći značajne ljudske resurse i finansijske tokove. U narednim godinama očekuje se dalje ubrzano povećanje površina koje zauzimaju transgene forme gajenih biljaka.
Prvi talas transgenih biljaka odobrenih za praktičnu upotrebu sadržao je dodatne gene za otpornost (na bolesti, herbicide, štetočine, kvarenje tokom skladištenja, stres).
Trenutna faza razvoja biljnog genetskog inženjeringa naziva se „metabolički inženjering“. U ovom slučaju, zadatak nije toliko poboljšati određene postojeće kvalitete biljke, koliko tradicionalnim uzgojem, već naučiti biljku da proizvodi potpuno nova jedinjenja koja se koriste u medicini, hemijskoj proizvodnji i drugim oblastima. Ovi spojevi mogu biti, na primjer, posebne masne kiseline, zdravi proteini sa visokim sadržajem esencijalne aminokiseline, modifikovani polisaharidi, jestive vakcine, antitela, interferoni i drugi „medicinski“ proteini, novi polimeri koji ne zagađuju životnu sredinu i još mnogo, mnogo više. Upotreba transgenih biljaka omogućava uspostavljanje velike i jeftine proizvodnje takvih supstanci i na taj način ih čini dostupnijim za široku potrošnju.
Poboljšanje kvaliteta proteina za skladištenje biljaka
Proteini za skladištenje glavnih kultiviranih vrsta kodirani su familijom blisko povezanih gena. Akumulacija proteina za skladištenje sjemena je složen biosintetski proces. Prvi pokušaj genetskog inženjeringa da se poboljša svojstva jedne biljke uvođenjem gena za skladišteni protein iz druge izveli su D. Kemp i T. Hall 1983. godine u SAD-u. Fazeolinski gen graha je prebačen u genom suncokreta pomoću Ti plazmida. Rezultat ovog eksperimenta bila je samo himerna biljka, nazvana sanbin. U ćelijama suncokreta otkriveni su imunološki srodni polipeptidi fazaolina, što je potvrdilo činjenicu transfera gena između biljaka koje pripadaju različitim porodicama.
Kasnije je gen za fazolin prenet u ćelije duvana: u regenerisanim biljkama gen je eksprimiran u svim tkivima, iako u malim količinama. Nespecifična ekspresija gena fazaolina, kao u slučaju njegovog transfera u ćelije suncokreta, veoma se razlikuje od ekspresije ovog gena u zrelim kotiledonima graha gde je fazaolin činio 25-50% ukupnog proteina. Ova činjenica ukazuje na potrebu očuvanja drugih regulatornih signala ovog gena prilikom konstruisanja himernih biljaka i važnost kontrole ekspresije gena tokom ontogeneze biljaka.
Gen koji kodira protein za skladištenje kukuruza, zein, nakon njegove integracije u T-DNK, prebačen je u genom suncokreta na sljedeći način. Sojevi Agrobacterium koji sadrže Ti plazmide sa zein genom korišteni su za indukciju tumora u stabljikama suncokreta. Neki od nastalih tumora sadržavali su mRNA sintetiziranu iz gena kukuruza, što daje razlog da se ovi rezultati smatraju prvim dokazom transkripcije gena jednosupnice u dvosupnicu. Međutim, prisustvo proteina zeina nije otkriveno u tkivima suncokreta.
Realniji cilj genetskog inženjeringa je poboljšanje aminokiselinskog sastava proteina. Kao što je poznato, u skladišnom proteinu većine žitarica postoji nedostatak lizina, treonina, triptofana, a u mahunarkama - metionina i cisteina. Uvođenje dodatnih količina deficitarnih aminokiselina u ove proteine moglo bi eliminirati neravnotežu aminokiselina. Koristeći tradicionalne metode oplemenjivanja, bilo je moguće značajno povećati sadržaj lizina u proteinima za skladištenje žitarica. U svim ovim slučajevima, dio prolamina (proteina žitarica topiv u alkoholu) zamijenjen je drugim proteinima koji sadrže mnogo lizina. Međutim, u takvim biljkama smanjila se veličina zrna i smanjio prinos. Po svemu sudeći, prolamini su neophodni za formiranje normalnog zrna, a njihova zamena drugim proteinima negativno utiče na prinos. S obzirom na ovu okolnost, za poboljšanje kvaliteta proteina za skladištenje zrna neophodan je protein koji ne samo da ima visok sadržaj lizina i treonina, već može u potpunosti da zameni određeni deo prolamina tokom formiranja zrna.
Biljke mogu proizvoditi i životinjske proteine. Dakle, umetanje himernog gena koji se sastoji od dijela gena za skladištenje proteina Arabidopsis 25 i kodirajućeg dijela za neuropeptid enkefalin dovelo je do sinteze himernog proteina do 200 ng u genom biljaka Arabidopsis thaliana i Brassica napus. po 1 g semena. Dvije strukturne proteinske domene bile su povezane sekvencijom koju prepoznaje tripsin, što je omogućilo naknadno lako izolovanje čistog enkefalina.
U drugom eksperimentu, nakon ukrštanja transgenih biljaka, u jednu od kojih je ubačen gen za gama podjedinicu, au drugu - gen za kapa podjedinicu imunoglobulina, bilo je moguće dobiti ekspresiju oba lanca u potomstvu. Kao rezultat, biljka je formirala antitijela koja čine do 1,3% ukupnog proteina lista. Također je pokazano da se potpuno funkcionalni sekretorni monoklonski imunoglobulini mogu sastaviti u biljkama duhana. Sekretorni imunoglobulini se obično izlučuju u usnu šupljinu i želudac ljudi i životinja i služe kao prva barijera crijevnim infekcijama. U gore spomenutom radu, monoklonska antitijela su proizvedena u biljkama koje su bile specifične za Streptococcus mutans, bakteriju koja uzrokuje karijes. Pretpostavlja se da će na osnovu ovakvih monoklonskih antitijela proizvedenih od transgenih biljaka biti moguće stvoriti istinsku pastu za zube protiv karijesa. Među ostalim životinjskim proteinima koji su od medicinskog interesa, prikazana je proizvodnja humanog β-interferona u biljkama.
Razvijeni su i pristupi za dobivanje bakterijskih antigena u biljkama i njihovo korištenje kao cjepiva. Dobiveni su krompiri koji eksprimiraju oligomere netoksične podjedinice toksina kolere. Ove transgene biljke mogu se koristiti za proizvodnju jeftine vakcine protiv kolere.
Masti
Najvažnija sirovina za proizvodnju raznih vrsta hemikalija su masne kiseline – glavna komponenta biljnog ulja. Po svojoj strukturi to su ugljikovi lanci koji imaju različita fizička i kemijska svojstva ovisno o dužini i stupnju zasićenosti ugljikovih veza. Godine 1995. završeno je eksperimentalno ispitivanje i dobijena je dozvola od federalnih vlasti SAD za uzgoj i komercijalnu upotrebu transgenih biljaka uljane repice s modificiranim sastavom biljnog ulja, uključujući, uz uobičajene 16- i 18-člane masne kiseline, do do 45% 12-člane masne kiseline - laurata. Ova supstanca se široko koristi za proizvodnju praškova za pranje rublja, šampona i kozmetike.
Eksperimentalni rad je uključivao kloniranje gena za specifičnu tioesterazu iz biljke Umbellularia califomica, gdje je sadržaj laurata u masti sjemena dostigao 70%. Strukturni dio gena za ovaj enzim, pod kontrolom promotora-terminatora proteinskog gena specifičnog za ranu fazu formiranja sjemena, umetnut je u genom uljane repice i Arabidopsis, što je dovelo do povećanja sadržaja laurata. u ulju ovih biljaka.
Ostali projekti koji se odnose na promjenu sastava masnih kiselina uključuju rad usmjeren na povećanje ili smanjenje sadržaja nezasićenih masnih kiselina u biljnom ulju. Od interesa su eksperimenti s petroselinskom kiselinom, izomerom oleinske kiseline, gdje se dvostruka veza nalazi iza šestog ugljikovog člana. Ova masna kiselina je deo ulja korijandera i određuje njegovu višu tačku topljenja (33°C), dok je u prisustvu oleinske kiseline tačka topljenja samo 12°C. Pretpostavlja se da će nakon prijenosa gena koji određuju sintezu petroselinske kiseline u biljke koje proizvode biljno ulje biti moguće proizvesti dijetalni margarin koji sadrži nezasićenu masnu kiselinu. Osim toga, vrlo je lako dobiti laurat iz petroselinske kiseline oksidacijom ozonom. Daljnje proučavanje specifičnosti biohemijske sinteze masnih kiselina će po svemu sudeći dovesti do mogućnosti kontrole ove sinteze kako bi se dobile masne kiseline različite dužine i različitog stepena zasićenosti, što će značajno promijeniti proizvodnju deterdženata, kozmetike, konditorskih proizvoda. , učvršćivači, maziva, lijekovi, polimeri, dizel gorivo i još mnogo toga vezano za korištenje ugljikovodičnih sirovina.
Polisaharidi
U toku je rad na stvaranju transgenih biljaka krompira i drugih usjeva koji akumuliraju škrob, u kojima će se ova tvar naći uglavnom u obliku amilopektina, odnosno razgranatog oblika škroba, ili uglavnom samo u obliku amiloze, tj. linearni oblici skroba. Otopina amilopektina u vodi je tečnija i prozirnija od otopine amiloze, koja u interakciji s vodom stvara kruti gel. Na primjer, škrob, koji se sastoji uglavnom od amilopektina, vjerovatno će biti tražen na tržištu za proizvođače različitih nutritivnih mješavina, gdje se modificirani škrob trenutno koristi kao punilo. Genomi plastida i mitohondrija takođe mogu biti predmet genetske modifikacije. Ovakvi sistemi omogućavaju značajno povećanje sadržaja proizvoda u transgenom materijalu.
Stvaranje biljaka otpornih na herbicide
U novim, intenzivnim poljoprivrednim tehnologijama, herbicidi se vrlo široko koriste. Ovo je povezano sa tim. da se nekadašnji po okolinu opasni herbicidi širokog spektra, koji su toksični za sisare i dugo opstaju u vanjskom okruženju, zamjenjuju novim, naprednijim i sigurnijim spojevima. Međutim, oni imaju nedostatak što inhibiraju rast ne samo korova, već i kultivisanih biljaka.Visoko efikasni herbicidi poput glifosata i atrazina se intenzivno proučavaju kako bi se utvrdio mehanizam tolerancije nekih korova na njih. Dakle, na poljima gdje se atrazin široko koristi, biotipovi otporni na atrazin često se pojavljuju u mnogim biljnim vrstama.
Proučavanje mehanizma otpornosti na herbicide kako bi se metodom genetskog inženjeringa dobile kultivisane biljke koje posjeduju ovu osobinu, uključuje sljedeće faze: utvrđivanje biohemijskih ciljeva herbicidnog djelovanja u biljnoj ćeliji: odabir organizama otpornih na dati herbicid kao izvora geni otpornosti: kloniranje ovih gena: uvođenje u kultivirane biljke i proučavanje njihovog funkcioniranja
Postoje četiri fundamentalno različita mehanizma koji mogu pružiti otpornost na određena hemijska jedinjenja, uključujući herbicide: transport, eliminacija, regulacija i kontakt. Transportni mehanizam otpornosti je nemogućnost herbicida da prodre u ćeliju. Pod djelovanjem eliminacijskog mehanizma rezistencije, tvari koje su ušle u ćeliju mogu se uništiti uz pomoć inducibilnih staničnih faktora, najčešće degradirajućih enzima, a također podvrgnuti jednoj ili drugoj vrsti modifikacije, formirajući neaktivne proizvode bezopasne za ćeliju. Sa regulatornom rezistencijom, ćelijski protein ili enzim koji je inaktiviran herbicidom počinje da se intenzivno sintetiše, čime se eliminiše nedostatak željenog metabolita u ćeliji. Kontaktni mehanizam otpornosti osigurava se promjenom strukture mete (proteina ili enzima), interakcija s kojom je povezana sa štetnim djelovanjem herbicida.
Utvrđeno je da je osobina otpornosti na herbicide monogena, odnosno da je osobina najčešće određena jednim genom. To čini vrlo lakim korištenje tehnologije rekombinantne DNK za prijenos ove osobine. Geni koji kodiraju određene enzime za uništavanje i modifikaciju herbicida mogu se uspješno koristiti za stvaranje biljaka otpornih na herbicide korištenjem metoda genetskog inženjeringa.
Tradicionalne metode uzgoja za stvaranje sorti otpornih na herbicide su dugotrajne i neučinkovite. Najrasprostranjeniji herbicid u inostranstvu, glifosat (komercijalni naziv Roundup), inhibira sintezu esencijalnih aromatičnih aminokiselina djelovanjem na enzim 5-enolpiruvilšikimat-3-fosfat sintazu (EPS sintaza). Poznati slučajevi rezistencije na ovaj herbicid povezani su ili s povećanjem nivoa sinteze ovog enzima (regulatorni mehanizam) ili s pojavom mutiranog enzima neosjetljivog na glifosfat (kontaktni mehanizam). Gen EPSF sintaze izolovan je iz biljaka otpornih na glifosfat i stavljen pod promotor virusa mozaika karfiola. Koristeći Ti plazmid, ovaj genetski konstrukt je uveden u ćelije petunije. U prisustvu jedne kopije gena, biljke regenerisane iz transformisanih ćelija sintetizirale su 20-40 puta više enzima nego u originalnim biljkama, ali je otpornost na glifosfat porasla samo 10 puta.
Jedan od najčešćih herbicida koji se koristi na žitaricama je atrazin. On inhibira fotosintezu vezivanjem za jedan od proteina fotosistema II i zaustavljanjem transporta elektrona. Otpornost na herbicide nastaje kao rezultat tačkastih mutacija u ovom proteinu koji se vezuje za plastokinon (zamjena serina glicinom), zbog čega gubi sposobnost interakcije sa herbicidom. U brojnim slučajevima, bilo je moguće prenijeti mutantni protein gen u biljke osjetljive na atrazin korištenjem Ti plazmida. Gen za otpornost integriran u biljni hromozom je opremljen signalnom sekvencom koja je osiguravala transport sintetiziranog proteina u hloroplaste. Himerne biljke su pokazale značajnu otpornost na koncentracije atrazina koje su uzrokovale smrt kontrolnih biljaka sa genom za protein divljeg tipa. Neke biljke su u stanju da inaktiviraju atrazin eliminacijom ostatka hlora pomoću enzima glutation-S-transferaze. Isti enzim inaktivira druge srodne herbicide triazinske serije (propazin, simazin, itd.).
Postoje biljke čija je prirodna otpornost na herbicide zasnovana na detoksikaciji. Dakle, otpornost biljaka na hlorsulfuron može biti povezana sa deaktivacijom molekula herbicida njegovom hidroksilacijom i naknadnom glikozilacijom unesene hidroksilne grupe. Stvaranje biljaka otpornih na patogene i štetočine Otpornost biljaka na određene patogene najčešće je složena multigenska osobina.
Simultani prijenos nekoliko lokusa je težak čak i korištenjem metoda genetskog inženjeringa, a da ne spominjemo klasične metode selekcije. Drugi način je jednostavniji. Poznato je da otporne biljke mijenjaju svoj metabolizam kada ih napadnu patogeni. Akumuliraju se spojevi kao što su H2O2, salicilna kiselina i fitoaleksini. Povećani nivoi ovih jedinjenja pomažu biljci da se odupre patogenima.
Evo jednog primjera koji dokazuje ulogu salicilne kiseline u imunološkom odgovoru biljaka. Transgene biljke duhana, koje sadrže bakterijski gen koji kontrolira sintezu salicilat hidrolaze (ovaj enzim razgrađuje salicilnu kiselinu), nisu bile u stanju pokrenuti imuni odgovor. Stoga, genetski mijenjanje nivoa salicilne kiseline ili proizvodnje u biljkama kao odgovor na patogen H2O2 može biti obećavajuće za stvaranje otpornih transgenih biljaka.
U fitovirologiji je nadaleko poznat fenomen inducirane unakrsne rezistencije biljaka na virusne infekcije. Suština ovog fenomena je da infekcija biljke jednim sojem virusa sprečava naknadnu infekciju ovih biljaka drugim virusnim sojem. Molekularni mehanizam supresije virusne infekcije još je nejasan. Pokazalo se da je uvođenje pojedinačnih virusnih gena, na primjer gena kapsidnih proteina, dovoljno za imunizaciju biljaka. Tako je gen za protein omotača virusa mozaika duhana prebačen u ćelije duhana i dobijene su transgene biljke u kojima je 0,1% svih proteina lista predstavljalo virusni protein. Značajan dio ovih biljaka nije pokazivao nikakve simptome bolesti kada je bio zaražen virusom. Moguće je da protein virusne ovojnice sintetiziran u stanicama sprječava normalno funkcioniranje virusne RNK i stvaranje cjelovitih virusnih čestica. Utvrđeno je da ekspresija kapsidnog proteina virusa mozaika duvana, virusa mozaika lucerke, virusa mozaika krastavca i virusa krompira X u odgovarajućim transgenim biljkama (duvan, paradajz, krompir, krastavci, paprika) obezbeđuje visok nivo zaštita od naknadne virusne infekcije. Osim toga, kod transformiranih biljaka nije došlo do smanjenja plodnosti, nepoželjnih promjena u rastu i fiziološkim karakteristikama izvornih primjeraka i njihovog potomstva. Vjeruje se da je inducirana otpornost biljaka na viruse posljedica posebnog antivirusnog proteina, vrlo sličnog životinjskom interferonu. Čini se da je moguće koristiti genetski inženjering za poboljšanje ekspresije gena koji kodira ovaj protein tako što će ga pojačati ili zamijeniti jačim promotorom.
Treba napomenuti da je korištenje genetskog inženjeringa za zaštitu biljaka od različitih patogenih mikroorganizama u velikoj mjeri otežano nedostatkom znanja o mehanizmima odbrambenih reakcija biljaka. Za suzbijanje štetočina insekata u biljnoj proizvodnji koriste se hemijska sredstva - insekticidi. Međutim, štetno djeluju na sisare, ubijaju korisne insekte, zagađuju okoliš, puteve, a osim toga, insekti im se brzo prilagođavaju. Poznato je da je više od 400 vrsta insekata otporno na korištene insekticide. Stoga se sve više pažnje privlače biološkim sredstvima za suzbijanje koja osiguravaju strogu selektivnost djelovanja i odsustvo adaptacije štetočina na korišteni biopesticid.
Bakterija Bacillus thuringiensis poznata je već duže vrijeme, stvarajući protein koji je vrlo toksičan za mnoge vrste insekata, ali u isto vrijeme siguran za sisare. Protein (delta endotoksin, CRY protein) proizvode različiti sojevi B. thuringiensis. Interakcija toksina sa receptorima je strogo specifična, što otežava odabir kombinacije toksin-insekt. U prirodi je pronađen veliki broj sojeva B. thuringiensis, čiji toksini djeluju samo na određene vrste insekata. Preparati B. thuringiensis se decenijama koriste za suzbijanje insekata na poljima. Sigurnost toksina i njegovih sastavnih proteina za ljude i druge sisare je u potpunosti dokazana. Umetanje gena za ovaj protein u genom biljke omogućava dobijanje transgenih biljaka koje ne jedu insekti.
Pored specifičnog efekta na insekte, integracija gena prokariotskih delta toksina u genom biljke, čak ni pod kontrolom jakih eukariotskih promotora, nije dovela do visoki nivo izraz. Pretpostavlja se da je ovaj fenomen nastao zbog činjenice da ovi bakterijski geni sadrže znatno više nukleotidnih baza adenina i timina nego biljni DNK. Ovaj problem je riješen stvaranjem modificiranih gena, gdje su određeni fragmenti izrezani i dodati iz prirodnog gena, čuvajući domene koji kodiraju aktivne dijelove delta toksina. Primjerice, korištenjem ovakvih pristupa dobiveni su krumpiri otporni na koloradsku zlaticu. Dobivene su transgene biljke duhana sposobne da sintetiziraju toksin. Takve biljke su bile neosjetljive na gusjenice Manduca sexta. Potonji su umrli u roku od 3 dana od kontakta s biljkama koje proizvode toksine. Proizvodnja toksina i rezultirajuća otpornost na insekte naslijeđena je kao dominantna osobina.
Trenutno, takozvane Bt biljke (iz B. thuringiensis) pamuka i kukuruza zauzimaju najveći dio ukupne količine genetski modificiranih biljaka ovih kultura koje se uzgajaju na poljima u SAD-u.
Zbog sposobnosti genetskog inženjeringa da konstruiše entomopatogene biljke na bazi toksina mikrobnog porijekla, toksini biljnog porijekla su još veći interes. Fitotoksini su inhibitori sinteze proteina i imaju zaštitnu funkciju protiv insekata, mikroorganizama i virusa. Najbolje proučavan od svih je ricin, sintetizovan u zrnu ricinusovog pasulja: njegov gen je kloniran i određen je njegov nukleotidni niz. Međutim, visoka toksičnost ricina za sisare ograničava rad genetskog inženjeringa s njim samo na industrijske usjeve koji se ne koriste za ljudsku ili stočnu hranu. Toksin koji proizvodi američka fitolaka efikasan je protiv virusa i bezopasan je za životinje. Mehanizam njegovog djelovanja je inaktivacija vlastitih ribozoma kada razni patogeni, uključujući fitoviruse, uđu u stanice. Zahvaćene ćelije postaju nekrotične, sprečavajući da se patogen umnožava i širi po biljci. Trenutno su u toku istraživanja kako bi se proučio gen za ovaj protein i prenio na druge biljke.
Virusne bolesti su široko rasprostranjene među insektima, pa se prirodni virusi insekata, čiji se pripravci nazivaju virusni pesticidi, mogu koristiti za suzbijanje štetočina insekata. Za razliku od pesticida, imaju uzak spektar djelovanja, ne ubijaju korisne insekte, brzo se razgrađuju u vanjskom okruženju i nisu opasni za biljke i životinje. Uz viruse insekata, neke gljive koje napadaju štetočine insekata koriste se kao biopesticidi. Biopesticidi koji se trenutno koriste su prirodni sojevi entomopatogenih virusa i gljivica, ali se ne može isključiti mogućnost stvaranja novih učinkovitih biopesticida u budućnosti korištenjem metoda genetskog inženjeringa.
Povećanje otpornosti biljaka na stresne uslove
Biljke su vrlo često izložene raznim nepovoljnim faktorima. okruženje: visoke i niske temperature, nedostatak vlage, zaslanjenost tla i zagađenje životne sredine, nedostatak ili, naprotiv, višak određenih minerala itd.
Ovih faktora ima mnogo, pa su stoga i metode zaštite od njih raznovrsne – od fizioloških svojstava do strukturnih adaptacija koje omogućavaju prevazilaženje njihovog štetnog djelovanja.
Otpornost biljaka na određeni faktor stresa rezultat je utjecaja više različitih gena, pa se metodama genetskog inženjeringa ne može govoriti o potpunom prijenosu osobina tolerancije s jedne biljne vrste na drugu. Međutim, genetski inženjering ima određeni potencijal da poboljša otpornost biljaka. To se tiče rada sa pojedinačnim genima koji kontrolišu metaboličke odgovore biljaka na stresne uslove, na primer, prekomernu proizvodnju prolina kao odgovor na osmotski šok, na salinitet, sintezu posebnih proteina kao odgovor na toplotni šok, itd. dubinska studija Fiziološka, biohemijska i genetska osnova odgovora biljke na uslove okoline nesumnjivo će omogućiti upotrebu metoda genetskog inženjeringa za dizajniranje otpornih biljaka.
Do sada se može uočiti samo indirektan pristup dobijanju biljaka otpornih na mraz, zasnovan na manipulacijama genetskog inženjeringa sa Pseudomonas syringae. Ovaj mikroorganizam, koegzistirajući sa biljkama, doprinosi njihovom oštećivanju ranim mrazevima.Mehanizam pojave je zbog činjenice da ćelije mikroorganizma sintetiziraju poseban protein koji je lokaliziran u vanjskoj membrani i centar je kristalizacije leda. Poznato je da stvaranje leda u vodi ovisi o tvarima koje mogu poslužiti kao centri za stvaranje leda. Protein koji uzrokuje stvaranje kristala leda razni dijelovi biljke (lišće, stabljika, korijenje), jedan je od glavnih faktora odgovornih za oštećenje biljnih tkiva osjetljivih na rane mrazeve. Brojni eksperimenti pod strogo kontrolisanim uslovima pokazali su da sterilne biljke nisu oštećene od mrazeva do - 6 - 8 °C, dok su kod biljaka sa odgovarajućom mikroflorom oštećenja nastajala već na temperaturama - 1,5 - 2 °C. Mutanti ovih bakterija, tj. koji su izgubili sposobnost sintetiziranja proteina koji uzrokuje stvaranje kristala leda nisu povećali temperaturu stvaranja leda, a biljke s takvom mikroflorom bile su otporne na mraz. Soj takvih bakterija, prskan preko gomolja krompira, konkurirao je konvencionalnim bakterijama, što je dovelo do povećane otpornosti biljaka na mraz. Možda će takve bakterije, stvorene metodama genetskog inženjeringa i koje se koriste kao komponenta vanjskog okruženja, poslužiti za borbu protiv mraza.
Poboljšanje efikasnosti biološke fiksacije azota
Enzim odgovoran za redukciju molekularnog azota u amonijum je dobro proučavan. - nitrogenaza. Struktura nitrogenaze je ista kod svih organizama koji fiksiraju dušik. Prilikom fiksacije dušika, neizostavan fiziološki uvjet je zaštita nitrogenaze od uništenja pod utjecajem kisika. Najbolje proučavani fiksatori dušika su rizobije, koje čine simbiozu sa mahunarkama, i slobodnoživuća bakterija Klebsiella pneumoniae. Utvrđeno je da je u ovim bakterijama 17 gena, takozvanih nif gena, odgovornih za fiksaciju dušika. Svi ovi geni su međusobno povezani i nalaze se na hromozomu između gena za enzime biosinteze histidina i gena koji određuju apsorpciju šikimične kiseline. U brzorastućoj rizobiji, nif geni postoje u obliku megaplazmida koji sadrži 200-300 hiljada parova baza.
Među genima za fiksaciju dušika identificirani su geni koji kontroliraju strukturu nitrogenaze, proteinskog faktora uključenog u transport elektrona, i regulatornih gena. Regulacija gena za fiksaciju dušika je prilično složena, tako da se trenutno više ne raspravlja o genetski modificiranom prijenosu funkcije fiksiranja dušika s bakterija direktno na više biljke. Kako su eksperimenti pokazali, čak ni u najjednostavnijem eukariotskom organizmu, kvascu, nije bilo moguće postići ekspresiju nif gena, iako su oni sačuvani 50 generacija.
Ovi eksperimenti su pokazali da je diazotrofija (fiksacija dušika) karakteristična isključivo za prokariotske organizme, a nif geni nisu bili u stanju da savladaju barijeru koja razdvaja prokariote i eukariote zbog svoje previše složene strukture i regulacije genima koji se nalaze izvan nif regije. Možda je uspješnije prenijeti nif gene pomoću Ti plazmida u hloroplaste, jer su mehanizmi ekspresije gena u hloroplastima i u prokariotskim ćelijama slični. U svakom slučaju, nitrogenaza mora biti zaštićena od inhibitornih efekata kiseonika. Osim toga, fiksacija atmosferskog dušika je vrlo energetski intenzivan proces. Malo je verovatno da biljka pod uticajem nif gena može tako radikalno da promeni svoj metabolizam da stvori sve ove uslove. Iako je moguće da će u budućnosti, korištenjem metoda genetskog inženjeringa, biti moguće stvoriti ekonomičniji kompleks nitrogenaze.
Realnije je koristiti metode genetskog inženjeringa za rješavanje sljedećih problema: povećanje sposobnosti rizobije da kolonizira mahunarke, povećanje efikasnosti fiksacije i asimilacije dušika utjecajem na genetski mehanizam, stvaranje novih mikroorganizama koji fiksiraju dušik unošenjem nif gena u njih. , prenošenje sposobnosti za simbiozu sa mahunarki na druge .
Primarni cilj genetskog inženjeringa za poboljšanje efikasnosti biološke fiksacije dušika je stvaranje sojeva rizobija sa poboljšanom fiksacijom dušika i sposobnošću kolonizacije. Kolonizacija mahunarki rizobijom teče vrlo sporo, samo nekoliko njih daje nodule. To je zato što je mjesto invazije rizobije samo jedno malo područje između tačke rasta korijena i najbliže korijenske dlake, koja je u fazi formiranja. Svi ostali dijelovi korijena i razvijene korijenske dlake biljke su neosjetljivi na kolonizaciju. U nekim slučajevima formirane nodule nisu u stanju da fiksiraju dušik, što ovisi o mnogim biljnim genima (identificirano je najmanje pet), a posebno o nepovoljnoj kombinaciji dva recesivna gena.
Koristeći tradicionalne metode genetike i selekcije, bilo je moguće dobiti laboratorijske sojeve rizobije sa većom kolonizatorskom sposobnošću. Ali u terenskim uslovima doživljavaju konkurenciju lokalnih sojeva. Povećanje njihove konkurentnosti, očigledno, može se postići korišćenjem metoda genetskog inženjeringa. Povećanje efikasnosti procesa fiksacije azota moguće je primenom tehnika genetskog inženjeringa zasnovanih na povećanju kopija gena, pojačavanju transkripcije onih gena čiji proizvodi čine „usko grlo“ u kaskadnom mehanizmu fiksacije azota, uvođenjem jačih promotora itd. važno je povećati koeficijent korisna akcija sam sistem nitrogenaze, koji direktno redukuje molekularni azot u amonijak.
Povećanje efikasnosti fotosinteze
C4 biljke karakteriziraju visoke stope rasta i stope fotosinteze; praktično nemaju vidljivu fotorespiraciju. Većina usjeva koji pripadaju C3 biljkama imaju visok intenzitet fotorespiracije. Fotosinteza i fotorespiracija su usko povezani procesi, koji se zasnivaju na bifunkcionalnoj aktivnosti istog ključnog enzima - ribuloza bisfosfat karboksilaze (RuBPC). RuBP karboksilaza može dodati ne samo CO2, već i O2, odnosno provodi reakcije karboksilacije i oksigenacije. Kada se RuBP oksigenira, nastaje fosfoglikolat, koji služi kao glavni supstrat fotorespiracije - procesa oslobađanja CO2 na svjetlosti, uslijed čega se gube dio fotosintetskih proizvoda. Niska fotorespiracija u C4 biljkama ne objašnjava se odsustvom enzima glikolatnog puta, već ograničenjem reakcije oksigenaze, kao i ponovnom asimilacijom fotorespiracije CO2.
Jedan od izazova sa kojima se genetski inženjering suočava je proučavanje mogućnosti stvaranja RuBPA sa dominantnom aktivnošću karboksilaze.
Dobijanje biljaka sa novim svojstvima
Poslednjih godina naučnici koriste novi pristup za proizvodnju transgenih biljaka sa "antisens RNK" (obrnutom ili antisens RNA), što im omogućava da kontrolišu rad gena od interesa. U ovom slučaju, prilikom konstruisanja vektora, kopija DNK (c-DNK) umetnutog gena se okreće za 180°. Kao rezultat, u transgenoj biljci nastaju normalna mRNA molekula i invertirana molekula, koja zbog komplementarnosti normalne mRNA sa njom stvara kompleks i kodirani protein se ne sintetizira.
Ovaj pristup je korišten za dobivanje transgenih biljaka paradajza s poboljšanim kvalitetom ploda. Vektor je uključivao c-DNK gena PG, koji kontrolira sintezu poligalakturonaze, enzima uključenog u uništavanje pektina, glavne komponente međućelijskog prostora biljnih tkiva. Proizvod PG gena se sintetiše u periodu zrenja plodova paradajza, a povećanje njegove količine dovodi do toga da paradajz postaje mekši, što značajno smanjuje njihov rok trajanja. Onemogućavanje ovog gena u transgenima omogućilo je dobijanje biljaka paradajza sa novim svojstvima ploda, koje ne samo da su dugo trajale, već su i same biljke bile otpornije na gljivične bolesti.
Isti pristup se može koristiti za regulaciju vremena zrenja paradajza, a u ovom slučaju se kao meta koristi gen EFE (etilen-formirajući enzim), čiji je proizvod enzim uključen u biosintezu etilena. Etilen je plinoviti hormon čija je jedna od funkcija kontrola procesa zrenja voća.
Strategija antisens konstrukata je široko primjenjiva za modificiranje ekspresije gena. Ova strategija se koristi ne samo za dobijanje biljaka sa novim kvalitetima, već i za dobijanje biljaka osnovna istraživanja u biljnoj genetici. Vrijedi spomenuti još jedan pravac u biljnom genetskom inženjeringu, koji se donedavno uglavnom koristio u fundamentalnim istraživanjima - proučavanje uloge hormona u razvoju biljaka. Suština eksperimenata je bila da se dobiju transgene biljke sa kombinacijom određenih bakterijskih hormonalnih gena, na primjer, samo iaaM ili ipt, itd. Ovi eksperimenti su doprinijeli značajan doprinos kao dokaz uloge auksina i citokinina u diferencijaciji biljaka.
Posljednjih godina ovaj pristup se počeo koristiti u praktičnoj selekciji. Ispostavilo se da su plodovi transgenih biljaka sa genom iaaM, koji se nalazi ispod promotora gena Def (gena koji se eksprimuje samo u plodovima), partenokarpni, odnosno formirani bez oprašivanja. Partenokarpno voće karakteriše ili potpuno odsustvo sjemenki ili njihov vrlo mali broj, što omogućava rješavanje problema “dodatnih sjemenki”, na primjer u lubenici, citrusima itd. Već su dobivene transgene biljke tikvica koje se uglavnom ne razlikuju od kontrolnih, ali praktički ne sadrže sjemenke.
Naučnici aktivno koriste razoružani Ti-plazmid, lišen onkogena, da bi dobili mutacije. Ova metoda se zove T-DNA insercijska mutageneza. T-DNK, integrirajući se u genom biljke, isključuje gen u koji je integrirana, a gubitkom funkcije mogu se lako odabrati mutanti (fenomen utišavanja – utišavanje gena). Ova metoda je također izvanredna po tome što omogućava da se odgovarajući gen odmah otkrije i klonira. Trenutno su na ovaj način dobijene mnoge nove mutacije biljaka i klonirani su odgovarajući geni. M. A. Ramenskoy, na osnovu mutageneze T-DNK, dobio je biljke paradajza nespecifične otpornosti na kasnu plamenjaču. Drugi aspekt rada nije ništa manje zanimljiv - dobivene su transgene biljke sa izmijenjenim dekorativnim svojstvima.
Jedan primjer je proizvodnja biljaka petunije sa šarenim cvjetovima. Sljedeće su plave ruže s genom koji kontrolira sintezu plavog pigmenta, kloniranim iz delfinijuma.
U svemiru strateške kompjuterske igre StarCraft, vanzemaljska rasa zerga je značajna po tome što je naučila da asimiluje genetski materijal drugih organizama i transformiše sopstvene gene, menjajući se i prilagođavajući se novim uslovima. Ova, na prvi pogled, fantastična ideja mnogo je bliža stvarnim mogućnostima živih organizama nego što se čini.
Danas znamo mnogo o DNK: više od dva miliona naučnih publikacija posvećeno je ovom dvolančanom molekulu. Molekul DNK se može smatrati tekstom napisanim pomoću abecede od četiri slova (nukleotida). Ukupnost svih nukleotida koji čine hromozome bilo kojeg organizma naziva se genom. Ljudski genom sadrži otprilike tri milijarde "slova".
Pojedinačni dijelovi genoma su izolirani geni – funkcionalni elementi koji su najčešće odgovorni za sintezu specifičnih proteina. Ljudi imaju oko 20.000 gena koji kodiraju proteine. Proteini, kao i molekuli DNK, su polimeri, ali se ne sastoje od nukleotida, već od aminokiselina. “Abeceda” aminokiselina koje čine proteine sastoji se od 20 molekula. Poznavajući nukleotidnu sekvencu gena, moguće je precizno odrediti sekvencu aminokiselina proteina koji on kodira. Činjenica je da svi organizmi koriste isto (sa manjim varijacijama) dobro proučeno genetski kod- pravila za slaganje kodona (trojke nukleotida) sa određenim aminokiselinama. Ova svestranost omogućava genima iz jednog organizma da rade u drugom organizmu i dalje proizvode isti protein.
Prirodno inženjerstvo
Jedna od glavnih metoda genetskog inženjeringa biljaka koristi agrobakterije i mehanizam koji su oni razvili za modifikaciju biljnih genoma (vidi PM br. 10 "2005). Geni agrobakterija koje žive u tlu kodiraju posebne proteine koji mogu "povući" određenu DNK molekulu u biljnu ćeliju i integrirati je u biljni genom i na taj način prisiliti biljku da proizvodi hranjive tvari koje su bakterije potrebne. Naučnici su ovu ideju posudili i upotrijebili zamjenjujući gene potrebne bakterijama onima koji kodiraju proteine potrebne u poljoprivreda. Na primjer, Bt toksini koje proizvode bakterije u tlu Bacillus thuringiensis, apsolutno siguran za sisare i otrovan za neke insekte, odnosno proteine koji biljci daju otpornost na određeni herbicid.
Razmjena gena za bakterije, čak i one nepovezane, vrlo je česta pojava. Upravo zbog toga su se mikrobi otporni na penicilin pojavili samo nekoliko godina nakon početka njegove masovne upotrebe, a danas je problem rezistencije na antibiotike postao jedan od najalarmantnijih u medicini.
Od virusa do organizama
Prirodni "genetski inženjering" uključuje ne samo bakterije, već i viruse. Genomi mnogih organizama, uključujući i ljude, sadrže transpozone - nekadašnje viruse koji su odavno integrirani u DNK domaćina i, u pravilu, bez oštećenja domaćina, mogu "skočiti" s jednog mjesta u genomu na drugo.
Retrovirusi (kao što je HIV) mogu umetnuti svoj genetski materijal direktno u genom eukariotskih ćelija (na primjer, ljudske ćelije). Adenovirusi ne integrišu svoje genetske informacije u genome životinja i biljaka: njihovi geni se mogu uključiti i raditi bez toga. Ovi i drugi virusi se aktivno koriste u genskoj terapiji za liječenje čitavog niza nasljednih bolesti.
Dakle, prirodni genetski inženjering ima vrlo široku primjenu u prirodi i igra veliku ulogu u prilagođavanju organizama na okoliš. Što je još važnije, svi živi organizmi su stalno podložni genetskim promjenama kroz slučajne mutacije. Iz ovoga slijedi važan zaključak: zapravo, svaki organizam (osim klonova) je jedinstven i genetski modificiran u odnosu na svoje pretke. On ima i nove mutacije i nove kombinacije već postojećih varijanti gena - desetine genetskih varijanti pronađene su u genomu svakog djeteta koje nijedan od roditelja nije imao. Pored pojave novih mutacija, tokom seksualne reprodukcije u svakoj generaciji nova kombinacija genetske varijante koje već postoje kod roditelja.
Testirano u eksperimentima
Danas se aktivno raspravlja o sigurnosti prehrambenih proizvoda koji sadrže genetski modificirane organizme (GMO). Za proizvode genetskog inženjeringa koje provode ljudi, izraz „genetski modernizirani organizmi” mnogo je prikladniji, jer genetski inženjering omogućava ubrzavanje onih procesa genetskih promjena koji se samostalno događaju u prirodi i usmjeravaju ih u smjeru koji ljudi žele. . Međutim, ne postoje značajne razlike između mehanizama genetičke modernizacije i prirodnih procesa genetičke modifikacije, pa se opravdano može pretpostaviti da proizvodnja GM hrane ne predstavlja dodatne rizike.
Međutim, kao i svaka naučna hipoteza, sigurnost GMO-a bila je potrebna eksperimentalna provjera. Suprotno brojnim tvrdnjama protivnika GMO-a, ovo pitanje se decenijama vrlo, vrlo pažljivo proučava. Ove godine u časopisu Kritički osvrti u biotehnologiji Objavljen je pregled gotovo 1.800 naučnih radova koji ispituju sigurnost GMO-a u proteklih deset godina. Samo tri studije izazvale su sumnju negativan uticaj tri specifične GM sorte, ali ove sumnje nisu bile opravdane, au još dva slučaja utvrđena je potencijalna alergenost GM sorti. Jedini potvrđeni slučaj uključivao je gen brazilskog oraha umetnut u sortu GM soje. Standardno u takvim slučajevima, ispitivanje reakcije krvnog seruma ljudi koji pate od alergija na protein nove GM sorte pokazalo je postojanje opasnosti, a programeri su odbili da promovišu sortu na tržištu.
Osim toga, vrijedno je posebno spomenuti recenziju iz 2012. objavljenu u časopisu Prehrambena i hemijska toksikologija, koji je obuhvatio 12 studija o sigurnosti konzumiranja GMO u hrani na nekoliko (od dvije do pet) generacija životinja i još 12 studija na životinjama o dugotrajnoj (od tri mjeseca do dvije godine) konzumiranju GMO u hrani. Autori pregleda su zaključili da nema negativnih efekata GMO (u poređenju sa nemodernizovanim analogima).
Skandalozna otkrića
Zanimljivosti se javljaju oko nekih radova koji navodno pokazuju štetnost određenih GM biljnih sorti. Tipičan primjer koji protivnici GMO-a rado navode je senzacionalna publikacija francuskog istraživača Séralinija u časopisu Prehrambena i hemijska toksikologija, koji je tvrdio da GM kukuruz izaziva rak i povećanu smrtnost pacova. U naučnoj zajednici Seralinijev rad izazvao je burne rasprave, ali ne zato što je istraživač došao do i objavio neke jedinstvene podatke. Razlog je bio taj što je, sa naučne tačke gledišta, rad obavljen krajnje nemarno i sadržavao je grube greške uočljive na prvi pogled.
Ipak, Séralinijeve fotografije pacova sa velikim tumorima ostavile su ogroman utisak na javnost. Unatoč činjenici da njegov članak nije izdržao objektivnu kritiku i povučen je iz časopisa, i dalje ga citiraju protivnici GMO-a, koje očito ne zanima naučna strana problema, a fotografije bolesnih pacova i dalje se prikazuju na ekrani.
Naučni nivo rasprave o potencijalnim opasnostima GMO-a u medijima i društvu u cjelini je upadljivo naivan. Na policama prodavnica možete pronaći skrob, so, pa čak i vodu bez GMO. GMO se stalno miješa sa konzervansima, pesticidima, sintetičkim đubrivima i aditivi za hranu, za koji genetski inženjering nije direktno povezan. Takve rasprave vode od stvarnih problema sigurnosti hrane u sferu spekulacija i zamjene koncepata.
Opasnosti - stvarne i ne
Međutim, ni ovaj članak ni drugi naučni radovi ne pokušavaju da dokažu da su GMO „apsolutno sigurni“. Zapravo, nijedan prehrambeni proizvod nije apsolutno bezbedan, jer je Paracelzus rekao čuvenu frazu: „Sve je otrov, i ništa nije otrovno; Samo jedna doza čini otrov nevidljivim.” Čak i obični krompir može izazvati alergije, a zeleni sadrži otrovne alkaloide - solanine.
Može li se djelovanje postojećih biljnih gena nekako promijeniti kao rezultat ubacivanja novog gena? Da, može, ali nijedan organizam nije imun na promjene u funkcionisanju gena. Može li genetski inženjering rezultirati novom biljnom sortom koja će se proširiti izvan poljoprivrednog zemljišta i na neki način utjecati na ekosistem? Teoretski, to je moguće, ali to se dešava i svuda u prirodi: pojavljuju se nove vrste, mijenjaju se ekosistemi, neke vrste izumiru, druge zauzimaju njihovo mjesto. Međutim, nema razloga vjerovati da genetski inženjering predstavlja dodatni rizik za okoliš ili zdravlje ljudi ili životinja. Ali o ovim rizicima se stalno trubi u medijima. Zašto?
GMO tržište je u velikoj mjeri monopolizirano. Među gigantima, Monsanto je na prvom mjestu. Naravno velikih proizvođača GM sjeme i tehnologije su zainteresirani za profit, imaju svoje interese i svoj lobi. Ali oni ne zarađuju novac iz ničega, već nudeći čovječanstvu napredne poljoprivredne tehnologije, za koje proizvođači glasaju na najuvjerljiviji način - u dolarima, pezosima, juanima itd.
Glavni proizvođači i dobavljači “organskih” proizvoda uzgojenih po zastarjelim tehnologijama i samim tim skupljih (ali ne i kvalitetnijih) također nisu mali poljoprivrednici, već velike kompanije sa višemilijardiskim prometom. Samo u Sjedinjenim Državama tržište organskih proizvoda iznosilo je 2012. godine 31 milijardu dolara. Ovo je ozbiljan posao, a kako organski proizvodi nemaju nikakve prednosti u odnosu na GMO, ali su skuplji za proizvodnju, ne mogu konkurirati GM sortama koristeći tržišne metode. Dakle, kroz medije moramo lakovjernim potrošačima usaditi neosnovan strah od mitskih „gena škorpije“, što stvara potražnju za skupim i niskotehnološkim „organskim proizvodima“. Osim toga, protivnici GMO-a, opisujući strašne opasnosti od genetski modificiranih sorti koje proizvode proteine B. thuringiensis, obično zaborave napomenuti da su preparati na bazi takvih useva ili proteina izolovanih iz njih dozvoljeni (i široko korišćeni) u „organskoj poljoprivredi“. Kao i prirodnog stajnjaka, koji može biti izvor gomile patogenih bakterija i drugih prirodnih gadosti.
Malo politike
Danas je genetski inženjering jedna od najproučavanijih tehnologija sa sigurnosne tačke gledišta. Omogućava vam da kreirate kvalitetnije prehrambene proizvode, smanjite količinu pesticida koji se koriste na njivama i zaštitite životnu sredinu (da, zaštitite: više insekata i ptica živi na poljima zasijanim Bt sortama nego na „običnim“ koje se moraju redovno tretirani insekticidima).
Ali postoji još jedan razlog za "borbu" protiv GMO - čisto politički. Zemlje koje značajno zaostaju u oblasti biotehnologije pokušavaju pronaći razlog da spriječe ulazak jeftinijih proizvoda iz drugih zemalja na njihovo tržište. Međutim, takva zaštita domaćih proizvođača od stranih proizvoda ima smisla samo ako pomaže da se kupi vrijeme za razvoj vlastitih tehnologija do konkurentnog stanja. Ako se to ne učini, postoji ozbiljan rizik od zaostajanja za svjetskim naučnim i tehnološkim nivoom. Zauvijek.
NAUČNA BIBLIOTEKA - SAŽETAK - Modifikacija gena
Modifikacija gena
Genetičari i uzgajivači raspravljaju o najsloženijim problemima uzgoja biljaka i životinja, primjeni genetskih tehnologija u medicini i sigurnosti genetski modificiranih proizvoda.
1. Genetski inženjering
Genetski inženjering je grana molekularne genetike povezana sa ciljanim stvaranjem novih kombinacija genetskog materijala. Osnova primijenjenog genetskog inženjeringa je teorija gena. Stvoreni genetski materijal je sposoban da se umnožava u ćeliji domaćinu i sintetizira krajnje metaboličke produkte.
Genetski inženjering je nastao 1972. godine na Univerzitetu Stanford u SAD-u. Tada je laboratorij P. Berga dobio prvu rekombinantnu (hibridnu) DNK ili (recDNK). Kombinovao je DNK fragmente lambda faga, Escherichia coli i virus majmuna SV40.
Struktura rekombinantne DNK. Hibridna DNK ima oblik prstena. Sadrži gen (ili gene) i vektor. Vektor je fragment DNK koji osigurava reprodukciju hibridne DNK i sintezu konačnih proizvoda genetskog sistema - proteina. Većina vektora je izvedena iz lambda faga, plazmida, SV40 virusa, polioma, kvasca i drugih bakterija.
Sinteza proteina se odvija u ćeliji domaćinu. Najčešće korištena stanica domaćin je Escherichia coli, ali druge bakterije, kvasac, životinje ili biljne ćelije. Sistem vektor-domaćin ne može biti proizvoljan: vektor je prilagođen ćeliji domaćinu. Izbor vektora zavisi od specifičnosti vrste i ciljeva studije.
Dva enzima su ključna za izgradnju hibridne DNK. Prvi - restrikcijski enzim - reže molekulu DNK na fragmente na strogo određenim lokacijama. A drugi - DNK ligaze - spajaju fragmente DNK u jednu cjelinu. Tek nakon izolacije takvih enzima, stvaranje umjetnih genetskih struktura postalo je tehnički izvediv zadatak.
Faze sinteze gena. Geni koji se kloniraju mogu se dobiti u fragmentima mehaničkom ili restrikcijskom enzimskom digestijom ukupne DNK. Ali strukturni geni, u pravilu, moraju biti ili sintetizirani kemijski i biološki, ili dobiveni u obliku DNK kopije glasničke RNK koja odgovara odabranom genu. Strukturni geni sadrže samo kodirani zapis konačnog proizvoda (protein, RNK) i potpuno su lišeni regulatornih regija. I stoga ovi geni nisu u stanju da funkcionišu u ćeliji domaćinu.
Kada se dobije recDNK, najčešće se formira nekoliko struktura, od kojih je samo jedna neophodna. Stoga je obavezan korak selekcija i molekularno kloniranje recDNK unesene transformacijom u ćeliju domaćina.
Postoje 3 načina selekcije recDNK: genetski, imunohemijski i hibridizacija sa označenom DNK i RNK.
Kao rezultat intenzivnog razvoja metoda genetskog inženjeringa, dobijeni su klonovi mnogih gena: ribosomska, transportna i 5S RNK, histoni, miš, zec, ljudski globin, kolagen, ovalbumin, humani insulin i drugi peptidni hormoni, ljudski interferon, itd. To je omogućilo stvaranje sojeva bakterija koje proizvode mnoge biološki aktivne tvari koje se koriste u medicini, poljoprivredi i mikrobiološkoj industriji.
Na osnovu genetskog inženjeringa, pojavila se grana farmaceutske industrije, nazvana „industrija DNK“. Ovo je jedna od modernih grana biotehnologije.
Nema sumnje da potraga za genetičarima obećava osobi olakšanje od mnogih bolesti. Genetski inženjering već počinje da se aktivno koristi u onkologiji, pri čemu se stvaraju lekovi koji su posebno usmereni protiv specifičnog tumora. Naučnici su uspjeli identificirati gene koji predisponiraju nastanak dijabetesa, što znači da su se pojavili novi izgledi u liječenju ove teške bolesti. Ljudski inzulin (humulin), dobiven korištenjem recDNA, odobren je za terapijsku upotrebu. Pored toga, na osnovu brojnih mutanata za pojedinačne gene dobijene tokom njihovog proučavanja, kreirani su visoko efikasni test sistemi za identifikaciju genetske aktivnosti faktora sredine, uključujući identifikaciju kancerogenih jedinjenja.
U kratkom vremenskom periodu genetski inženjering je imao ogroman uticaj na razvoj molekularno-genetičkih metoda i omogućio značajno napredovanje na putu poznavanja strukture i funkcionisanja genetskog aparata. Genetski inžinjering ima velika obećanja u liječenju nasljednih bolesti, kojih je danas registrovano oko 2000. Genetski inženjering je osmišljen da pomogne u ispravljanju grešaka prirode.
S druge strane, genetske tehnologije su dovele do potpuno novih problema vezanih za mogućnost kloniranja živih bića, uključujući i ljude. Globalna naučna zajednica priznaje da je kloniranje identične ljudske individue tehnički moguće. Ali pitanje da li su čovječanstvu potrebni takvi pokušaji ostaje otvoreno. Dokazano je da u 99 posto slučajeva postoji rizik od urođenih deformiteta – što znači da su takvi eksperimenti na ljudima neprihvatljivi.
Međutim, nove genetske tehnologije zasnovane na transgenezi i kloniranju igraju ulogu vitalna uloga u stvaranju visokoproduktivnih biljnih sorti i pasmina životinja. Istovremeno, u prvi plan dolaze problemi kako genetske sigurnosti, tako i moralno-pravnih.
U Rusiji se sva istraživanja kloniranja provode samo na životinjama. Širom svijeta – uključujući i Rusiju – vode se žestoke rasprave oko još jednog proizvoda moderne nauke: genetski modificirane hrane.
2. Da li je genetska modifikacija bezbedna?
Kreatori genetski modificiranih proizvoda tvrde da su potpuno sigurni. Pobornici njihove široke upotrebe uvjereni su da su dugogodišnja istraživanja dokazala bezopasnost takvih proizvoda. Protivnici su uvjereni u suprotno.
Još nije dokazano da su ovi proizvodi sigurni za ljude. Mnoge vrste genetski modificiranih proizvoda zabranjene su za upotrebu u završnim fazama eksperimenta kao jaki alergeni.
Jesu li u pravu skeptici koji tvrde da je transgena hrana opasna? Ili će možda postati naša hrana u 21. veku?
Prije otprilike 30 godina izvedeni su prvi eksperimenti u genetskoj modifikaciji biljaka. Na primjer, možete uzeti jedan gen od jedne životinje ili biljke i umetnuti ga u drugu životinju ili biljku. Na taj način, na primjer, možete dobiti krompir koji je otporan na pesticide.
Genetski modificirana hrana ne samo da se stvara, već se i aktivno konzumira.
U tradicionalnom uzgoju, ukrštanje se događa unutar jedne vrste. Čak je i paradajz poboljšan selektivnim uzgojem. Ali, tokom selekcije dolazi do razmene između jedinki iste vrste. A genetski inženjering omogućava stvaranje nove DNK i manipulaciju njome. Na primjer, ako se gen krijesnice ubaci u DNK duhana, cvijet duhana počinje svijetliti ako mu je potrebno zalijevanje. To se ne može postići metodama selekcije!
Demonstranti najviše pažnje posvećuju negativnim procesima ove tehnike. Ali niko ne tvrdi da je genetski modifikovanim proizvodima potrebno testiranje!
Branitelji biotehnološke industrije tvrde da su svi procesi koji uključuju genetski modificirane proizvode strogo kontrolirani.
Provedena je analiza običnih i transgenih biljaka. Naučnici moraju dokazati inspektorima da se prehrambeni proizvodi ne razlikuju po kvalitetu.
Testiranje proizvoda prolazi kroz sljedeće faze:
1. Poređenje strukture i hemijskog sastava običnih i transgenih biljaka.
2. Potrebni su dokazi da konzumiranje novog proizvoda ne šteti ljudskom zdravlju.
Transgena soja (otporna na herbicide) uključena je u hranu koju jedemo posljednjih godina.
Je li novi protein toksičan? Protein je testiran na toksičnost nekoliko godina. Miševi su hranjeni dozama 1000 puta većim od doza koje su konzumirali ljudi. Naučnici tvrde da nije utvrđeno ništa štetno za ljudski organizam.
Kako se probavljaju novi proteini? Vještački stvoreni proteini potopljeni su u otopinu koja ima medij po sastavu sličan crijevima. Što se proizvod brže vari, to bolje.
Eksperimenti su pokazali da novi protein nije alergen. Postoje i drugi načini za testiranje proteina koji je stvoren. Ako ne prođe test, uništava se. Međutim, transgeni protein soje uspješno je prošao test! Urađeno je 1.800 testova koji su pokazali da sa sojom nema ništa.
Sistem za testiranje radi. Samo treba slijediti metodologiju, kažu naučnici.
Ali skeptici vjeruju da nauka još uvijek zna premalo da bi rekla da je “sve pod kontrolom”. Živi organizmi su toliko složeni da je gotovo nemoguće predvidjeti njihovo ponašanje.
Međutim, tradicionalne metode uzgoja nisu uvijek sigurne. Naprotiv, u genetskom inženjeringu su tačno poznati putevi uvođenja gena. Opet, skeptici su uvjereni da genetski inženjering korištenjem novih metoda riskira nanošenje nepopravljive štete prirodi. Njihovi protivnici kažu da je i selekcija opasna, jer ne radi se sa jednim, već sa nekoliko gena! I stoga je rezultat selekcije još nepredvidiviji!
Najgore je to što su prije 30-ak godina eksperimentirali sa genima, a da nisu razumjeli šta rade!
Protivljenje genetski modifikovanoj hrani jače je u Evropi nego bilo gde u svetu. Nedavno je uvođenje transgenih proizvoda bilo vrlo teško: u Engleskoj je uvedeno oko 2000 takvih proizvoda, a sada ih je ostalo manje od 100!
3. Primjeri genetske modifikacije
Javne organizacije u Evropi pozivaju na uništavanje transgenih biljaka. Čudne biljke nastaju implantacijom životinjskih gena u njih. Ekolozi su protiv ovih tehnologija, a javnost je arogantna i prezirna prema genetski modificiranim proizvodima.
3.1 Povećanje klipa kukuruza
Meksiko ima loše zemljište, a samim tim i veoma slab prinos kukuruza. Naučnici su dobili zadatak da povećaju veličinu klipa kukuruza. Kao rezultat istraživanja, u kukuruz je implantiran gen koji neutralizira soli aluminija i otapa fosfate, što je omogućilo biljci da se u potpunosti razvije na predloženom tlu.
Žetva je obećavala da će biti 2 puta veća, ali je vlada, pod pritiskom ekoloških organizacija, zabranila ovo istraživanje. Ekolozi ignorišu rezultate eksperimenta. Protivnici genetskog inženjeringa smatraju da su takvi eksperimenti štetni za okoliš, opasni po zdravlje i na kraju dovode do ekološke katastrofe. Uostalom, niko ne može garantovati da ove metode neće dovesti do pojave novih insekata i korova!
3.2 Zaštita pamuka
Univerzitet u Arizoni. Naučnici rade na povećanju prinosa pamuka. Biljka pati od zaraze ružičastim glistama. Ako je populacija štetočina velika, onda prinosi pamuka opadaju!
U biljku pamuka je neophodno uneti gen koji će ubiti bubuljicu. Poslednjih 40 godina biljke su prskane hemikalijama za ubijanje insekata. Stradali su i ljudi i životinje. Pokušali su implantirati bakterijski gen u pamuk. U listovima biljke pojavio se protein koji je otrovan za crva. Dakle, nema potrebe da biljku štitite hemikalijama!
Kao rezultat, dobivene su stotine hektara otrovnih biljaka, koje se same štite od štetnih insekata. još jednom, vrijeme će proći, a štetočine će se naviknuti i razviti imunitet!
Ali nisu samo bube – štetočine koje izazivaju zabrinutost! Ekolozi se boje da će se pojaviti posebno otporni korovi, a to znači da neće biti spasa od korova koji je otporan na hemikalije. Uostalom, pčele mogu širiti polen nekoliko kilometara, a ove biljke će ispuniti cijelo područje. Međutim, postoje dokazi da na udaljenosti od 15 m oprašivanje više ne dolazi. Ali čak i ako polen modificirane biljke pređe tu udaljenost, mora se križati sa svojom vrstom. Super-preživljivost nije tako lako održavati...
3.3 Pirinač sa vitaminom “A”
Azija. 100 miliona dece ne dobija vitamin A, neophodan za pravilan vid. Činjenica je da je glavna hrana najsiromašnijih slojeva stanovništva pirinač. Djeca slijepe od nedostatka vitamina A!
Plemeniti zadatak je odmah uzgajati pirinač sa vitaminom „A“ i njime zasijati polja u zaostalim zemljama. Kako je to moguće? Narcis je otrovna biljka. Iz njega je potrebno uzeti 2 gena i uvesti ga u pirinač, koji će u ovom slučaju sadržavati vitamin “A”!
4. Užasi genetske modifikacije
Gen za jetru dodat pirinču! Naučnici su počeli da dodaju ljudske gene pirinču u pokušaju da genetski modifikovanu hranu podignu na viši nivo.
Istraživači su u rižu uveli gen, izveden iz ljudske jetre, koji proizvodi enzim koji pomaže u razgradnji štetnih tvari. hemijski elementi u ljudskom tijelu. Nadaju se da će enzim - CYP2B6 - učiniti isto za herbicide i zagađivače kada se pomiješa s rižom.
Ali protivnici genetski modificirane hrane kažu da će korištenje ljudskih gena odbiti potrošače koji su zgroženi idejom kanibalizma i znanstvenicima koji preuzimaju funkcije Boga. Sue Mayer, iz britanske organizacije GeneWatch, kaže: "Mislim da niko neće htjeti kupiti ovaj pirinač." "Ljudi su već izrazili svoje gađenje prema korištenju ljudskih gena i nelagodu zbog osjećaja da ih biotehnološka industrija ne sluša. To će dodatno poljuljati njihovo samopouzdanje."
Tipično, kada se genetski modificiraju usjevi, koriste se geni dobiveni iz bakterija. Otporne su samo na jednu vrstu herbicida, što znači da farmeri mogu tretirati svoja polja onoliko često koliko žele da kontrolišu štetočine, ali samo jednom vrstom hemikalije. Cilj dodavanja ljudskog gena u rižu je stvaranje biljke koja je otporna na nekoliko vrsta herbicida.
Istraživači sa Nacionalnog instituta za poljoprivredne nauke u Tsukubi u Japanu otkrili su da nova vrsta riže može biti otporna na 14 različitih vrsta herbicida. Profesor Richard Meylan, koji je sproveo slična istraživanja na Institutu Purdue u Indijani, kaže da se takva riža može uzgajati u zemljištu zasićenom industrijskim zagađenjem. Koristio je zečje gene u svom istraživanju, ali kaže da ne vidi razlog zašto se ljudski geni ne bi koristili. On kaže da je priča o "Frankenstein hrani" besmislica i dodaje: "Mislim da etička razmatranja nemaju nikakve veze s upotrebom ljudskih gena u genetskom inženjeringu za uzgoj hrane."
Proizvodnja riže u svijetu opada i postoji trka u pronalaženju načina za povećanje prinosa riže, kao i za nove sorte riže koje su otporne na viruse, imaju malo alergena i malo proteina.
Međutim, Institut nauke u društvu protivnika genetske modifikacije kaže da enzim CYP2B6 može utjecati na ljude, što dovodi do stvaranja novih virusa ili vrsta raka.
Dodaju: “Zagovornici genetske modifikacije i velike zemlje koje proizvode pirinač istražuju i promiču genetski modificiranu rižu bez obzira na sigurnost ili dugoročne izglede.”
Zaključak
Skeptici nisu sigurni šta će genetska tehnologija riješiti socijalni problemi. Snovi o ravnomjernoj raspodjeli hrane širom svijeta su utopijski.
Protivljenje genetski modifikovanoj hrani jače je u Evropi nego bilo gde u svetu. Kreatori genetski modificiranih proizvoda tvrde da su potpuno sigurni. Zauzvrat, protivnici genetske modifikacije smatraju je „Pandorinom kutijom“ s nepredvidivim posljedicama.
Očigledno je da će genetika u narednim decenijama i dalje predstavljati mnoga iznenađenja čovječanstvu, izazivati mnoge senzacije - imaginarne i stvarne, a oko nje će bjesniti kontroverze, pa čak i skandali. Društvo lako čuje one ljude koji se plaše svega novog, ali opasnost od mobilnih telefona nije ništa manja!
Glavna stvar je da sva ova gužva ne ometa previše ozbiljan rad naučnika u jednoj od najzanimljivijih i najperspektivnijih naučnih oblasti.
Terminološki rječnik
Genetski inženjering- praksa namjerne promjene genetskih programa zametnih stanica kako bi se izvornim oblicima organizama prenijela nova svojstva ili stvorili fundamentalno novi oblici organizama. Glavna metoda genetskog inženjeringa sastoji se od ekstrakcije gena ili grupe gena iz ćelija organizma, njihovog kombinovanja sa određenim molekulima nukleinske kiseline i uvođenja dobijenih hibridnih molekula u ćelije drugog organizma.
Biološka zaštita- u genetskom inženjeringu - stvaranje i korištenje kombinacije biološkog materijala koji je siguran za ljude i objekte okoliša, čija svojstva isključuju neželjeni opstanak genetski modificiranih organizama u okolišu i/ili prijenos genetskih informacija na njih
Biotehnologija- u širem smislu - granica između biologije i tehnologije naučna disciplina i polje prakse koje proučava načine i metode promjene okružuju osobu prirodno okruženje u skladu sa svojim potrebama.
Biotehnologija- u užem smislu - skup metoda i tehnika za dobijanje proizvoda i fenomena korisnih za ljude uz pomoć bioloških agenasa. Biotehnologija uključuje genetski, ćelijski i ekološki inženjering
Oslobađanje genetski modifikovanih organizama u životnu sredinu- djelovanje ili nedjelovanje koje je rezultiralo unošenjem genetski modificiranih organizama u okoliš.
Djelatnosti genetskog inženjeringa- aktivnosti koje se provode korištenjem metoda genetskog inženjeringa i genetski modificiranih organizama.
Genetski modifikovan organizam- organizam ili više organizama, bilo koja nećelijska, jednoćelijska ili višećelijska formacija: - sposobna za reprodukciju ili prijenos nasljednog genetskog materijala; - razlikuje se od prirodnih organizama; - dobijene metodama genetskog inženjeringa; i - koji sadrže genetski modifikovan materijal.
Genetska dijagnostika- u genetskom inženjeringu - skup metoda za identifikaciju promjena u strukturi genoma.
Zatvoreni sistem- u genetskom inženjeringu- sistem aktivnosti genetskog inženjeringa u kojem se genetske modifikacije unose u organizam ili genetski modifikovane organizme, obrađuju, uzgajaju, skladište, koriste, transportuju, uništavaju ili zakopavaju u uslovima postojanja fizičkih, hemijskih i bioloških barijera ili njihovih kombinacija, sprečavanje kontakta genetski modifikovanih organizama sa stanovništvom i okolinom.
Otvoreni sistem- u genetskom inženjeringu- sistem za obavljanje delatnosti genetskog inženjeringa, koji podrazumeva kontakt genetski modifikovanih organizama sa populacijom i životnom sredinom prilikom njihovog namernog puštanja u životnu sredinu, upotrebe u medicinske svrhe, prilikom izvoza i uvoza, prilikom transfera tehnologije.
Transgeni organizmi- životinje, biljke, mikroorganizmi, virusi čiji je genetski program promijenjen metodama genetskog inženjeringa.
Fizička zaštita- u genetskom inženjeringu- stvaranje i korišćenje posebnih tehničkih sredstava i tehnika kojima se sprečava ispuštanje genetski modifikovanih organizama u životnu sredinu i/ili prenos genetičkih informacija na njih.
Književnost
1. Maniatis T., Metode genetskog inženjeringa, M., 1984;
2. Genetski inženjering Izvor #"#">#"#">Rubrikon
Genetski modificirani organizam - organizam ili više organizama, bilo koja nećelijska, jednoćelijska ili višećelijska formacija: - sposobna za reprodukciju ili prijenos nasljednog genetskog materijala; - razlikuje se od prirodnih organizama; - dobijene metodama genetskog inženjeringa; i - koji sadrže genetski modifikovan materijal.
Fagi su isti kao i bakteriofagi. ...fag (od grčkog Phagos - žderač) je dio složenih riječi koje po značenju odgovaraju riječima "jede", "upija" (na primjer, bakteriofag).
Biotehnologija je skup metoda i tehnika za dobijanje proizvoda i fenomena korisnih za ljude pomoću bioloških agenasa. Biotehnologija uključuje genetski, ćelijski i ekološki inženjering.
Genetika je razvila soju koja sprečava gubitak kose. U Japanu je razvijena genetski modifikovana sorta soje koja stimuliše rast kose i sprečava gubitak kose usled hemoterapije. Ako se potvrdi sigurnost novog proizvoda, da biste se spasili od ćelavosti, samo ćete morati povremeno jesti ovaj pasulj, rekao je u srijedu šef istraživačke grupe Univerziteta Kjoto, profesor Massaki Yoshikawa. Čudesno svojstvo žitarica dala je genetski unesena komponenta (novokinin) koja ima antihipertenzivno dejstvo. Nastao je iz sastava aminokiselina bjelanjka. Prema naučnicima, ova komponenta potiče rast kose širenjem krvnih sudova i normalizacijom cirkulacije krvi. Efikasnost pasulja potvrđena je u eksperimentima na miševima koji su obrijani, a zatim hranjeni modifikovanim pasuljem u količini od hiljaditi deo miligrama antihipertenzivne supstance po gramu telesne težine. Prijavljeno je da se obnavljanje krzna odvijalo ubrzanim tempom, a nakon povećanja doze, miševi su prestali gubiti dlaku, čak i kao rezultat kemoterapije. Stručnjaci kažu da se njihov pasulj može koristiti i kao običan lijek za visok krvni pritisak. 13. aprila 2005
genetska modifikacija ( GM) - promjena genoma živog organizma korištenjem tehnologije genetskog inženjeringa, uvođenjem jednog ili više gena uzetih iz jednog donorskog organizma u drugi. Nakon takvog unošenja (transfera), rezultirajuća biljka će se zvati genetski modificirana, odnosno transgena. Za razliku od tradicionalnog uzgoja, originalni genom biljke gotovo nije pogođen i biljka dobiva nove karakteristike koje sama ranije nije posjedovala. Takve karakteristike (karakteristike, svojstva) uključuju: otpornost na razni faktori okolina (mraz, suša, vlaga, itd.) na bolesti, na insekte štetočine, poboljšana svojstva rasta, otpornost na herbicide, pesticide. Konačno, naučnici mogu promijeniti nutritivna svojstva biljaka: ukus, aromu, sadržaj kalorija, vrijeme skladištenja. Koristeći genetski inženjering Prinosi se mogu povećati, što je veoma važno, s obzirom na to da svjetska populacija svake godine raste i da se povećava broj gladnih u zemljama u razvoju.
Uz tradicionalni uzgoj, nova sorta se može dobiti samo unutar jedne vrste. Na primjer, potpuno nova sorta riže može se razviti ukrštanjem različitih sorti riže. Tako nastaje hibridna kombinacija, od koje uzgajivač zatim bira samo oblike koji ga zanimaju.
Kako dolazi do hibridizacije između pojedinačnih biljaka, gotovo je nemoguće razviti sortu koja bi imala karakteristike koje nas zanimaju, a koje će naslijediti naredne generacije. Za rješavanje takvog problema potrebno je dosta vremena. Ako je potrebno razviti novu sortu pšenice i da ova sorta dobije neke karakteristike riže, onda je tradicionalna selekcija nemoćna. U pomoć je došao; kada se koristi, moguće je prenijeti određene karakteristike (osobine) na eksperimentalno postrojenje i sve će se to izvesti na nivou DNK, pojedinačni geni. Na sličan način, na primjer, možete prenijeti pšenicu gen otpornost na mraz.
Metoda genetičke modifikacije omogućava, barem teoretski, da se izoluju pojedinačni geni koji su odgovorni za određena svojstva živih organizama i cijepe se na potpuno različite organizme, čime se značajno skraćuje vrijeme potrebno za stvaranje nove vrste. Zbog toga mnogi uzgajivači i naučnici širom svijeta koriste ovu tehnologiju pri razvoju novih sorti. Trenutno su već razvijene neke komercijalne sorte poljoprivrednih kultura koje su otporne na pesticide (herbicide), štetočine i bolesti insekata. Takođe, dobijene su sorte poboljšanog ukusa i otpornosti na sušu i mraz.
Polimerizam je interakcija nealelnih više gena koji jednosmjerno utiču na razvoj iste osobine; Stepen ispoljavanja osobine zavisi od broja gena. Polimerni geni su označeni istim slovima, a aleli istog lokusa imaju isti indeks.
Polimerna interakcija nealelnih gena može biti kumulativna i nekumulativna. Kod kumulativne (akumulativne) polimerizacije, stepen ispoljavanja osobine zavisi od ukupnog delovanja nekoliko gena. Što su aleli gena dominantniji, to je određena osobina izraženija. Cepanje u F2 prema fenotipu pri dihibridnom ukrštanju se dešava u omjeru 1:4:6:4:1, i generalno odgovara trećem, petom (sa dihibridnim ukrštanjem), sedmom (sa trihibridnim ukrštanjem) itd. linije u Pascalovom trouglu.
Kod nekomulativne polimerizacije, osobina se manifestuje u prisustvu najmanje jednog od dominantnih alela polimernih gena. Broj dominantnih alela ne utiče na stepen ekspresije osobine. Segregacija u F2 prema fenotipu tokom dihibridnog ukrštanja je 15:1.
Primjer polimerizacije je nasljeđivanje boje kože kod ljudi, koja ovisi (u prvoj aproksimaciji) o četiri gena sa kumulativnim efektom.
Modifikatorski gen
Gen koji nema sopstvenu ekspresiju u fenotipu, ali ima pojačavajući ili slabeći efekat na ekspresiju drugih gena (odnosno, gen intenzivatora
20. Teorija hromozoma i istorija njenog nastanka.
21. Mehanizmi nasljeđivanja spola. Uticaj unutrašnjih i eksternih faktora sredine na razvoj rodnih karakteristika.
22. Nasljeđivanje spolno vezanih osobina.
Svi biseksualni organizmi imaju dvije vrste hromozoma. Prvi tip su autozomi (ne-spolni hromozomi). Isti su u ženskim i muškim organizmima. Drugi tip su polni hromozomi, prema kojima postoje razlike između organizama po spolu: ženke imaju 2 identična hromozoma XX, muškarci imaju XY. Ova vrsta seksa naziva se homogametskim. Karakteristično za sisare, ribe, insekte. Druga vrsta spola je heterogametna, ženke XY, mužjaci XX. Spolni hromozomi se razlikuju po veličini. U većini organizama X hromozom sadrži mnogo gena, dok Y hromozom sadrži pojedinačne gene. Samo u ribama Y hromozom je relativno bogatiji genima. Ako su geni lokalizirani na X kromosomu, a Y kromosom je genetski interniran, tada se ova vrsta nasljeđivanja osobina naziva nasljeđivanjem vezanim za spol. Ako su geni prisutni samo na jednom hromozomu, a drugi je genetski interniran, onda se takvi organizmi nazivaju genizigoti.
23. Lančano nasljeđe i ukrštanje
Budući da većina organizama ima mnogo (nekoliko hiljada) gena i ograničen broj hromozoma, nekoliko gena se nalazi istovremeno na jednom hromozomu. Geni koji su dio jednog hromozoma nazivaju se povezani i formiraju grupu veza. Oni se nasljeđuju kao jedna cjelina, jer je to određeno ponašanjem hromozoma u mejozi. U ovom slučaju, segregacija prema povezanim karakteristikama nije u skladu sa zakonom nezavisnog nasljeđivanja. Ako su geni locirani blizu jedan drugom, onda su uvijek sačuvani u svojim izvornim kombinacijama.
Na primjer, AB/ab x ab/ab -> 1 Ab/ab: 1 ab/ab.
Ovo je slučaj takozvane potpune sprege, koja se rijetko uočava. Mnogo češće su situacije u kojima se geni nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog. U ovom slučaju djelomične veze, oni se mogu razdvojiti kroz proces koji se zove ukrštanje. Ovo je još jedna vrsta genetske rekombinacije. Crossing se događa u profazi prve mejotičke diobe u vrijeme konjugacije hromozoma. U ovom trenutku, hromatide homolognih hromozoma razmjenjuju fragmente nasljednog materijala, što rezultira pojavom novih kombinacija gena.
Na primjer, AB/ab x ab/ab → AB/ab: ab/ab: Ab/ab: aB
Broj rekombinantnih (ili crossover) klasa je uvijek manji od nerekombinantnih, a omjer dvije klase unutar svake grupe je uvijek 1:1. Vrijednost ukrštanja, izračunata kao postotak rekombinanata prema ukupnom broju potomaka, pokazatelj je udaljenosti između gena i koristi se za mapiranje hromozoma – lokaciju gena na mapi hromozoma u strogo definisanom redosledu i na fiksnim udaljenostima. Ove udaljenosti imaju svojstvo aditivnosti, a to je kako slijedi. Ako postoje tri gena raspoređena po redu A-B-C, onda je AC = AB + BC. Ova aditivnost jasno ukazuje na linearnost rasporeda gena na hromozomima.
Ako se uzme u obzir križanje između velikog broja gena, onda se pojavljuje mnogo složenija slika - pojedinačni činovi križanja međusobno djeluju. Ovaj međusobni uticaj prelaznih radnji naziva se interferencija.
