NR 3-4 / 2009
Biotechnologia, inżynieria genetyczna, GMO, rośliny transgeniczne... Brzmi obco i skomplikowanie? Gdzieś słyszeliśmy, ale nie mamy pewności, o co tak naprawdę chodzi? Chcielibyśmy wiedzieć więcej, ale brakuje rzetelnych źródeł informacji, innych niż wyspecjalizowana literatura fachowa, którą rozumieją tylko naukowcy? A przecież to nowoczesne, przyjazne środowisku i człowiekowi technologie, które otaczają nas na co dzień i z których powszechnie korzystamy. Warto dowiedzieć się więcej, aby lepiej rozumieć otaczający świat. Ciekawych zapraszam do lektury – postaram się w sposób fachowy, ale przystępny, wytłumaczyć podstawowe pojęcia i rozwiać wątpliwości.
Gen, białko, cecha
Zacznijmy od tego, że każdy żywy organizm (człowiek, roślina, bakteria) posiada zespół cech morfologicznych, anatomicznych, fizjologicznych i biochemicznych, czyli fenotyp. Inaczej mówiąc, charakteryzuje go pewien wyjątkowy wygląd zewnętrzny, budowa wewnętrzna i mechanizm działania. Za fenotyp odpowiadają genotyp, czyli zestaw genów organizmu, oraz środowisko. Popatrzmy na siebie. Każdy z nas ma swój indywidualny zestaw genów, który odziedziczyliśmy losowo po połowie od każdego z rodziców – i dlatego każdy z nas jest niepowtarzalny. Możemy mieć więc nos po mamie, a skłonność do nadwagi po tacie – ale jako zespół wszystkich cech jesteśmy unikalni. Dziedziczny materiał genetyczny w postaci DNA (kwasu deoksyrybonukleinowego) znajduje się w każdej komórce organizmu. Gen, w uproszczeniu mówiąc, jest to fragment DNA, w którym zakodowany jest przepis na syntezę danego białka, którego to z kolei białka budowa i działanie przejawiają się w postaci konkretnej cechy organizmu. Zaraz, zaraz, a co z bliźniakami jednojajowymi? No właśnie, zestaw genów mają identyczny, ale środowisko kształtuje ich inaczej. Co prawda nos mają obaj po mamie, ale jeden ma stresującą, siedzącą pracę i rzeczywiście przytył, a drugi ma żonę wegetariankę, więc je dużo warzyw i pozostaje szczupły.
Trzy kolory: zielony
Biotechnologia (z greckiego bios – życie, techno – technika, logos – myślenie) to wykorzystanie organizmów żywych do uzyskania nowych produktów lub procesów technologicznych. Inżynieria genetyczna, często utożsamiana z biotechnologią, to podstawowe narzędzie umożliwiające uzyskanie takich organizmów. Pierwszym, najważniejszym etapem jest identyfikacja genu odpowiedzialnego za daną cechę. Kolejnym – modyfikacja działania tego genu i/lub przeniesienie go do komórki innego organizmu. I ostatnim – w przypadku organizmów wielokomórkowych – regeneracja całego organizmu z tej pojedynczej, zmodyfikowanej genetycznie komórki. Organizmy genetycznie modyfikowane (GMO, z angielskiego Genetically Modified Organism), których używamy w biotechnologii, a z którymi nasi czytelnicy mają najczęściej do czynienia, to głównie bakterie, grzyby i rośliny. W zależności od obszaru funkcjonowania, wyróżniamy tzw. biotechnologię białą, czerwoną i zieloną. Biała biotechnologia to przemysł, gdzie wykorzystuje się ulepszone genetycznie żywe komórki (np. drożdży, bakterii) do produkcji enzymów dla przemysłu spożywczego i chemicznego, zakwasów, bio-degradowalnego plastiku, ekologicznych paliw czy proszków do prania. To także oczyszczanie ścieków, utylizacja odpadów, bioremediacja, czyli oczyszczanie np. gleby z toksycznych substancji. Czerwona biotechnologia to medycyna i ochrona zdrowia, gdzie zmodyfikowane mikroorganizmy wytwarzają antybiotyki, witaminy, szczepionki, przeciwciała do leczenia chorób immunologicznych i nowotworowych, białka terapeutyczne takie jak insulina, interferon, erytropoetyna, hormon wzrostu. Natomiast zielona biotechnologia, o której powiemy sobie więcej, to ulepszone, zmodyfikowane genetycznie rośliny w służbie rolnictwa.
Czy modyfikacje genetyczne roślin to jakaś nowość ostatnich lat?
Nie, to nie jest nowość. Większość roślin uprawnych jest już od dawna zmodyfikowana, od tysięcy bowiem lat człowiek ulepsza je genetycznie. Tradycyjna hodowla polega na krzyżowaniu gatunków pokrewnych i selekcji najlepszego potomstwa. Jest to proces trudny i długotrwały, ponieważ przebiega w sposób niekontrolowany. Jak wspomniano wyżej, geny obu komponentów krzyżówki (rodziców) mieszają się losowo, w proporcji pół na pół. Wprowadzając więc gen odpowiedzialny za pożądaną cechę korzystną, wprowadzamy jednocześnie wiele innych genów, których funkcji nie znamy i które mogą być niekorzystne z naszego punktu widzenia. Co z tego, że roślina nabierze odporności na daną chorobę, jeśli na przykład owoce staną się niesmaczne? Potrzeba potem wielu pracochłonnych krzyżówek wstecznych (czyli krzyżowania potomstwa z jednym z rodziców) i selekcji, aby wyeliminować wprowadzone „przy okazji” niekorzystne cechy, pozostawiając jednocześnie tę pierwotnie pożądaną. W przeciwieństwie do tradycyjnych, biotechnologiczne metody ulepszania gatunków są bardzo precyzyjne. Możemy wprowadzić konkretny, pojedynczy gen o znanej funkcji. Wtedy nasza transgeniczna już roślina nabierze tylko tej jednej, pożądanej właściwości, nie zmieniając pozostałych cech. Proces ten trwa znacznie krócej i niejednokrotnie mieści się w skali roku. Krótko mówiąc, genetyczne ulepszanie roślin stosujemy od wielu wieków, ale dopiero od niedawna potrafimy robić to w sposób szybki, precyzyjny i wysoce kontrolowany.
Jak dokładnie powstają rośliny transgeniczne?
Jest kilka metod, ale najważniejszą pokazała nam sama natura, która bez ingerencji człowieka potrafi przenieść geny z jednego organizmu do drugiego. Naukowcy podpatrzyli, że pewna bakteria glebowa, która żyje na korzeniach roślin (Agrobacterium), potrafi przekazać ściśle określony fragment DNA do komórki roślinnej w taki sposób, że DNA bakterii łączy się trwale z DNA roślinnym. Naukowcy mówią, że zachodzi stabilna transformacja genetyczna. W przekazywanym fragmencie jest kilka genów, które zaczynają działać w roślinie i powstają transgeniczne białka. W ten sposób bakteria zmusza roślinę do produkcji białek, m.in. takich, którymi bakteria się odżywia, oraz takich, dzięki którym na korzeniach powstają narośla, w których bakteria żyje. Naukowcy postanowili wykorzystać ten naturalny mechanizm. W warunkach laboratoryjnych, metodami inżynierii genetycznej, potrafią bardzo precyzyjnie zastąpić wspomniane geny bakterii innymi genami, które chcą wprowadzić do komórki roślinnej. Następnie infekują np. fragment liścia rośliny bakterią i czekają, aż bakteria przekaże DNA komórkom roślinnym. Z takiego fragmentu liścia regeneruje następnie cała roślina z nowym genem, a więc nową cechą.
Skąd pochodzą geny wprowadzane do roślin? Otóż znakomita większość pochodzi z innych odmian lub gatunków roślin, dzikich krewniaków naszej rośliny uprawnej. Inne pochodzą z bakterii. Często, aby wzmocnić lub osłabić daną cechę, wystarczy dodać jeszcze jedną kopię genu, który już nasza roślina posiada, więc nawet nie wprowadza się niczego „obcego”.
Pełny tekst artykułu po zalogowaniu w serwisie.