GĒNU INŽENIERIJA

JĒJABPILS AGROBIZNESA KOLEDŽA

PROFESIONĀLĀS VIDĒJĀS IZGLĪTĪBAS NODAĻA

Mazumtirdzniecības komercdarbība

Jānis Ozols

GĒNU INŽENIERIJA

Patstāvīgais darbs bioloģijā

Darba autors .................. Jānis Ozols 1.t kurss

Pedagogs . .................. Valentīna Indāne

Jēkabpils, 2007

GĒNU INŽENIERIJA

Kas ir biotehnoloģija?

Biotehnoloģija ir dzīvu organismu izmantošana pārtikas, medikamentu vai citas produkcijas rūpnieciskā ražošanā. Tādas nozares kā alus darīšana un maizes cepšana jau sen balstījušās uz rauga mikroorganismu izmantošanu raudzēšanā, bet pienrūpniecībā dažādas baktērijas un sēnītes izmanto, lai pienu pārvērstu sierā vai jogurtā. Lielākajā daļā no biotehnoloģiskās darbības virzieniem izšķirīga nozīme ir fermentiem – vai nu no šūnām iegūtiem, vai mākslīgi radītiem.

No ja

a
aunākajām iespējām, ko pavērusi zinātnes attīstība, jāmin gēnu inženierija. Piemēram, insulīna un citu medikamentu ražošanā jau izmanto vienšūnas organismus ar pārveidotu DNS.

Jāpiezīmē, ka mūsdienās par “augstām” tehnoloģijām uzskata atomenerģiju, mikroelektroniku un gēnu tehnoloģiju, turklāt pēdējā ir īpaši moderna.

Līdz šim gēnu tehnoloģijas metodes lietoja galvenokārt attiecībā pret mikroorganismiem, kā arī eksperimentos, kuros tika audzēti augi un dzīvnieki. Šodien tiek īstenota arī somatiskā gēnu terapija – mēģinājumi aizvietot slimos gēnus ar veselajiem – līdz ar to iespējama tās lietošana attiecībā pret cilvēku. Zinātni ietekmē ta
a
as, ka publiskajās diskusijās tieši šajā aspektā tiek runāts par mākslīgu cilvēku, kas iedveš šausmas.

Lielākā daļa biotehnoloģijas problēmu attiecas uz cilvēku veselību, un tas paredz tālejošas sekas kultūrā.

Kādā pasaulē un ar kādu tehnoloģiju mēs gribam dzīvot? Vai jaunās bioloģiskās su
u
ubstances nebūs bīstamas videi? Jāteic, ka viena no centrālajām ir t.s. atbrīvošanas problemātika, t.i., izplānotās un ģenētiski izmainītās substances nokļūšana ārpus laboratorijas sienām. Īpaši tas svarīgi augu valstī, kur “normālas” ekosistēmas negaidīta ietekme var novest pie bīstamām sekām. Diskusijā par biotehnoloģiju nepiedalās neviens, kas strādātu pie drošības problēmas un tās normatīvu ievērošanas.

Kas ir gēnu inženierija?

Pēc Mother for Natural Law:

Gēnu inženierija ir lielākais pārtikas produkcijas eksperiments visā pasaules vēsturē. 60-70% pārtikas, ko pārdot veikalos, satur ģenētiski modificētas sastāvdaļas. Ir aprēķināts, ka uz priekšu dažu gadu laikā tirdzniecībā parādīsies 150 jauni modificēti pārtikas produkti.

Ģenētiski modificēti pārtikas produkti satur jaunas pārtikas sastāvdaļas, kas agrāk nekad nav bijušas cilvēka ēdienā. Šīs komponentes nav pilnībā pārbaudītas. Un dažas no tām nav ARĪ MARĶĒTAS.

Vai gēnu inženierija neapdraud jū

ū
ūsu ģimenes veselību? Vai tā ir nekaitīga cilvēcei? Vai tā nenodarīs pāri dabai? Neviens nespēj atbildēt uz šiem jautājumiem.

“Ikvienam cilvēkam ir jāpadomā, vai ģenētiski modificēto pārtiku uztvert kā sērgu vai gluži pretēji – atbalstīt, pērkot to. To, kura pusē nostāties, var izlemt tikai tad, ja ir iegūts pietiekami daudz informācijas par zinātnes iejaukšanos dabas likumos.

Gēnu tehnoloģijas attīstība izraisa daudz dažādu emociju un pretargumentu, Taču ne vienmēr tie ir pamatoti. Liekas, daudzus, it īpaši vides aizsardzības aktīvistus, baida tas, ka nav pārredzamas se
e
ekas, ko var izraisīt dabisko robežu pārkāpšana.”

/Ģirts Rožkalns, Edgars Stanga “Modificēta pārtika – GLĀBIŅŠvai POSTS? Vide un Laiks, 1999/2/(8)/

Terminoloģija

alēles – viena gēna dažādas formas, kas atšķirīgi ietekmē kādu organisma pazīmi. Katram normālam diploidāla organisma gēnam ir 2 alēles, viena no tām saņemta no sievišķā, otra no vīrišķa organisma.

biotehnoloģija – zinātnes un tehnikas nozare, kas pētī un izstrādā metodes dzīvu šūnu un audu audzēšanai un savairošanai, kā arī pētī šo metožu lietošanu dažādu bioloģiski svarīgu vielu (aminoskābju, fermentu, vitamīnu) ražošanai.

biosintēze – organisko savienojumu veidošanās dzīvajā šūnā vai ārpus tās ar fermentu palīdzību.

DNS (dezoksiribonukleīnskābe) – polinukleotīds, kas sastāv no lineāri polimerizētiem, noteiktā secībā sakārtotiem dezoksinukleotīdu atlikumiem un satur ģenētisko informāciju olbaltumvielu un RNS sintēzei. DNS ir visās šūnās, arī daudzos vīrusos. DNS sastāv no 2 komplementārām polinukleotīdu virknēm, kas veido dubultspirāli.

drostalošanās – daudzšūnu organismu olšūnas dalīšanās; to embrionālās attīstības pirmā stadija.

eigēnika – mācība par iedzimtības likumu izmantošanu cilvēka bioloģisko īpašību uzlabošanā. Tās uzdevumos ietilpst cilvēka evolūcijas pētīšana ģenētiskā sloga samazināšanas metožu izstrādāšanā.

eikarioti (Eycaryota) – vienšūnas un daudzšūnu organismi, kam šūnas saturs diferencēts citoplazmā un ar membrānu norobežotā kodolā. Eikariotu kodola ģenētiskais materiāls atrodas hromosomās.

gametas – dzimumšūnas. Specializētas šūnas, ar kurām notiek organismu dzimumvairošanās. Evolūcijas gaitā izveidojās liela, nekustīga rezerves vielām bagāta sievišķā makrogameta – olšūna un sīka, kustīga vīrišķīgā mikrogameta – spermatozoīds. Sēklaugu mikrogameta ir nekustīga, to sauc par spermiju.

gēns – iedzimtības vienība, ko kodē DNS molekulas fragments, no kura to sevī pārraksta RNS molekula. Augstākajiem organismiem gēni noteiktā secībā sarindoti hromosomās.

Terminu “gēns” 1909. gadā radījis dāņu ģenētiķis Vilhelms Johansens, ar to apzīmēdams iedzimtības faktoru, kurš ietekmē indivīda īpašības kādā noteiktā aspektā (piemēram, attiecībā uz acu krāsu). Šis faktors dēvēts arī par mendelisko gēnu (austriešu biologa Gregora Mendeļa vārdā).

gēnu inženierija jeb ģenētiskā inženierija – bioķīmiska manipulēšana ar iedzimtības materiālu. Bieži vien tā tādējādi, ka šūnā ievada jaunu DNS, parasti ar kāda vīrusa vai plazmīdas palīdzību. To var darīt gan tīri zinātniskā nolūkā, gan arī lai radītu kādā ziņā praktiski noderīgus augus, dzīvniekus vai baktērijas. Šādus organismus, kuriem ir svešs gēns, sauc par transgēniskiem organismiem.

Gēnu inženierijā praktizē arī gēnu “graizīšanu” un “pāršūšanu”. Tā var ne vien iegūt jaunas atziņas par šūnu darbību un reproducēšanos, bet arī sasniegt dažādus praktiskus mērķus. Piemēram, augiem, kurus audzē pārtikai, šādi var piešķirt spēju piesaistīt slāpekli, kas atrodams dažās baktērijās, un tādējādi mazināt vajadzību pēc dārga mēslojuma. Tāpat vienkāršas baktērijas ar gēnu inženierijas metodēm var pārveidot tā, ka tās sāk producēt retas ārstniecības vielas. Gēnu inženierijas sasniegumi jau pavēruši iespēju ražot cilvēka insulīnu, cilvēka augšanas hormonu un vairākus hormonus, kuri stimulē kaulu smadzeņu veidošanos. Šādā ceļā iegūstamas arī jaunas dzīvnieku šķirnes un tīrās līnijas; piemēram, 1989. gadā Savienotajās valstīs patentēta jauna peļu līnija (Eiropas patentu valde iesniegumu noraidījusi). Gēnu inženierijas ceļā iegūta vakcīna pret kādu lenteni, kas aitām rada cisticerkozi (līdzšinējās vakcīnas lielākoties aizsargā pret baktērijām un vīrusiem). Pastāv risks, ka, vienas baktērijas gēnus pārstādot cita veida baktērijā (bieži izmanto Escherihia coli, kas mīt cilvēka zarnās), var rasties kāds kaitīgs baktēriju celms. Šī iemesla dēļ ievēro stingrus piesardzības noteikumus un jauniegūtajām baktērijām kaut kādā veidā atņem spēju eksistēt ārpus laboratorijas sienām.

Dažkārt zinātnieki ir pārliecināti, ka viņus vada vislabākie nodomi. Piemēram, viņiem liekas, ka uzlabo mūsu ikdienas pārtiku – tomātiem ir ļoti īss augšanas periods, tie nevar paspēt pilnībā nogatavoties, ja iestājas vēss laiks, tajā pat laikā zivis var labi dzīvot aukstā ūdenī – tātad tās ir izturīgas pret aukstuma. Kā rīkoties – lai apvienotu šīs abas īpašības – gēnu, kas nosaka zivju aukstumizturību, pārnes uz tomātiem – tie tagad var augt ilgāku sezonu.

gēnu banka – ģenētiskā materiāla kolekcija – vāktas vai atlasītas sēklas sēklas vai citāds pavairojamais materiāls, piemēram, gumi, sporas, baktēriju vai rauga kultūras, dzīvi dzīvnieki un augi, sasaldēta sperma un olas vai sasaldēti embriji. Šādas kolekcijas uztur, lai nākotnē tās pēc vajadzības izmantotu lauksaimniecībā, augu un dzīvnieku selekcijā, medicīnā, gēnu inženierijā, kā arī sugu ieaudzēšanā savvaļas dzīvotnēs, no kurām tās izzudušas. Gēnu bankas izmanto arvien plašāk, jo sugu izmiršanas temps arvien pieaug, Zemes ģenētiskajai dažādībai (biodaudzveidībai) noplicinoties.

gēnu terapija – ārstniecības metode, ar kuras palīdzību novērš vai atvieglo iedzimtās slimības vai defektus. 1990. gadā kāda slimnieka ārstēšanā pirmo reizi izmantoja ar gēnu inženieriju iegūtu gēnu.

genoms – gēnu kopums, kas ietilpst organisma haploidālajā hromosomu komplektā. Tā pilnvērtība ir gametu un zigotas dzīvotspējas nosacījums. Genoms ir kopējā informācija, kas ietverta attiecīgā organisma ģenētiskajā kodā.

genofonds – populācijas vai sugas gēnu kopums. Genofondu raksturo noteiktu organisma pazīmi determinējošo gēnu alēļu dažādība un šo alēļu sastopamība populācijā.

genotips – 1. Organisma hromosomās lokalizēto gēnu kopums. 2. Visu organisma iedzimtības faktoru (kodola, citoplazmas) sistēma. Mijiedarbībā ar vides faktoriem genotips nosaka indivīda pazīmes un tā attīstības iespējas.

gēnu dreifs – ģenētiski automātiskie procesi. Populācijas ģenētiskās struktūras nejaušas pārmaiņas. Gēnu dreifs līdzās dabiskajai izlasei ir viens no evolūcijas faktoriem.

fenotips – organisma pazīmju (īpašību, struktūru, funkciju) kopums. Fenotipa veidošanos nosaka iedzimtības un vides faktoru mijiedabība.

hromosomas – eikariotu šūnu kodolu pavedienveida struktūras, kurās ieslēgta galvenā šūnas ģenētiskā informācija. Hromosomas sastāv no DNS, olbaltumvielām (galvenokārt histoniem), RNS, lipīdiem, fermentiem.

RNS (ribonukleāze) – polinukleotīds, kas sastāv no lineāri polimerizētiem, noteiktā secībā sakārtotiem ribonuleotīdu atlikumiem. RNS ir visās šūnas, daudzos vīrusos. RNS ir nozīme ģenētiskās informācijas realizēšanā.

ribosomas – šūnu organoīdi, kuros notiek olbaltumvielu sintēze. Pēc ķīmiskā sastāva ribosomas ir nukleoproteīdi, kas sastāv no RNS (60-65%) un olbaltumvielām (40-35%).

zigota – šūna, kas rodas dzīvnieku vai augu dzimumvairošanās procesā, saplūstot divu pretēja dzimuma gametām (dzimumšūnām).

/Terminu skaidrojums – Enciklopēdiskā vārdnīca. 2 sējumos. Latvijas enciklopēdiju redakcija. Rīga, 1991/

No Mendeļa līdz Monikai

1866 austriešu dabaszinātnieks un mūks Gregors Mendelis (Gregor Mendel) pirmoreiz pētījumos ar zirņu šķirņu hibrīdiem aprakstīja iedzimtības likumsakarības.

1882 vācu embriologs Valters Flemings (Walther Fleming) ar mikroskopu pētot salamandru kūniņas, šūnu kodolu dalīšanās laikā atklāj tievus pavedienus, ko vēlāk nosauc par hromosomām

1883 angļu zinātnieks Fransiss Galtons (Francis Galton), Č. Darvina brālēns, piekritējs teorijai par cilvēka rases uzlabošanu izmantojot speciālu atlasi, ievieš terminu “eigēnika”. Eigēniskā koncepcija sākotnēji tapa XIX gadsimta beigās, par mērķi izvirzot cilvēku intelekta un uzvedības uzlabošanu.1896. gadā Singapūra kļuva par pirmo demokrātisko valsti, kurā pieņemta atklāti eigēniskā politika: šajā valstī augstskolu beigušajām sievietēm bērna piedzimšanas gadījumā ir garantēts algas pielikums, bet precētajām sievietēm bez augstākās izglītības ir iespēja saņemt dotāciju mājas iegādei, ja tās ir ar mieru pēc pirmā vai otrā bērna piedzimšanas sterilizēties.

30. gados Vācijā ideju (iespēju kontrolēt un ar selekcijas palīdzību uzlabot tautas fizisko un psihisko kvalitāti) nelietīgi izmantoja nacistu partija, kas ar to pamatoja veselu cilvēku grupu iznīcināšanu. Taču eigēniku iespējams vērst pret iedzimto ģenētisko nenormālību izplatīšanos, šai nolūkā konsultējot nākamos vecākus

1910 amerikāņu biologs, ģenētiķis Tomass Hants Morgans (Thomas Hunt Morgan) eksperimentāli pamato gēnu lineāro izvietojumu hromosomās, saistības grupu pastāvēšanu, rekombināciju. Formulē hromosomu iedzimtības teoriju.

1926 amerikāņu biologs Hermanis Džozefs Mallers (Hermann Muller) pierāda, ka rentgenstarojums izsauc mutācijas (pētījums uz augļu mušiņām – drozofilām).

1932 A. Haksleja (A. Hyxley) ASV rakstnieka romāns “Brave New World” par gēnu inženieriju

1944 Oswald Avery, Colin MacLeod un Maclyn McCarty pētot pneimokoka baktērijas pierāda, ka DNS nav proteīns (olbaltumviela), bet ir iedzimtības nesējs dzīvajos organismos

1950 angļu ārsts Duglass Bevis (Bewis) noskaidrot augļa un mātes asins Rēzus faktora nesaderību, ievieš testu tā kontrolei

1953 amerikāņu biologs Džeims Votsons (James Watson) un angļu biofiziķis Fransis Kriks (Francis Crick) atklāj DNS struktūras modeli – dubultspirāli

1964 Stenfordas ģenētiķis Čarlzs Jenofskijs (Charles Yanofsky) un viņa kolēģi pierāda, ka nukleotīdu secība DNS atbilst aminoskābju secībai olbaltumvielā

1969 Harvardas Medicīnas skolas zinātnieki izolē pirmo gēnu – bakteriālo DNS fragmentu, kas piedalās ogļhidrātu vielu maiņā

1970 Viskonsinas universitātē tiek sintezēts gēns

1973 amerikāņu bioķīmiķi Stenlijs Kohens (Stanley Cohen) un Herberts Baiers (Herbert Boyer) pārnes gēnu no Āfrikas krupja uz baktērijas DNS. Gēns ir dzīvotspējīgs, šo brīdi var uzskatīt arī par gēnu inženierijas pirmsākumu

1975 starptautiska tikšanās Asilomarā (Kalifornijā), izvirza vadlīnijas DNS rekombinantu pētniecībai

1976 Sanfrancisko tiek nodibināta pirmā gēnu inženierijas sabiedrība (company) GENENTECH

1978 zinātnieki (no “Genentech” un Djuartes – Kalifornijas medicīnas centra) klonē cilvēka insulīna gēnu

1980 tiek pārstādīts cilvēka gēns, kas satur olbaltumvielas interferonu, baktērijā

1980 Martin Cline un viņa līdzstrādnieki rada transģenētisko peli, pārnesot funkcionālos gēnus no viena dzīvnieka uz otru

1982 ASV Pārtikas un zāļu pārvalde (Food and Drug Administration) atzinīgi novērtē (atbalsta) pirmās ģenētiski izveidotās zāles (cilvēka insulīna formu, ko izstrādājusi baktērija)

1983 zinātnieki nosaka Hantingtona (Chorea Huntinton) slimības gēna lokalizācijas vietu hromosomā. Šī slimība ir vēl neizārstējama iedzimta slimība, kas parasti parādās dzīves piektajā gadu desmitā un izraisa pārmaiņas, kas apmēram 15 gadu laikā noved līdz nāvei.

Ģenētisks tests to diagnosticē ar 95% garantiju, turklāt prognozējami ir visi 99%. Konsekventa prenatalās diagnostikas izmantošana var novest pie šīs slimības izskaušanas.

Metodi var izmantot tikai kā gēna noteikšanas metodi, bet ne dziedniecisku. Pats slimības izraisītājgēns tika atklāts pirms 10 gadiem.

1984 Leičesteras universitātes pētnieks Alec Jeffreys atklāj ģenētiskos “pirkstu nospiedumus” – katra cilvēka unikālo DNS secību

1985 ģenētisko “pirkstu nospiedumu” metode pirmoreiz tiek izmantota kriminālistikas praksē

1986 ASV Pārtikas un zāļu administrācija (Food and Drug Administration) izmēģina pirmo ģenētiski izveidoto prethepatīta B vakcīnu cilvēkam

1988 Harvardas universitāte pirmo reizi patentē ģenētiski modificētu peli (ar paaugstinātu izturību pret vēzi)

1988 sākas Cilvēka genoma projekts Human Genome Project (ASV)

1989 ASV tiek nodibināts Nacionālais Cilvēka genoma pētniecības centrs – National Center for Human Genome Research (vad. James Watsons), lai līdz 2005. gadam noskaidrotu cilvēka DNS secību

1990 šī centra formālais darbības sākums

1990 amerikāņu ģenētiķis W. French Anderson veic pirmo gēnu terapiju 4-gadīgai meitenei ar imūnsistēmas traucējumiem

1990 Michael Crichton fantastisks stāsts par eksperimentiem ar Jurasi parka dinozauru atdzīvināšanu. Stāsts ar pesimistisku iznākumu

1991 Berklijas universitātes zinātniece Mary-Claire King, pētot kādas ar vēzi slimas sievietes (kuras ģimenē šī slimība atkārtojas) hromosomas, nonāk pie secinājuma, ka 17 hromosomas gēns ir saistīts ar iedzimtības ceļā nododamo krūts vēzi

1992 ASV armijā sāk ņemt jauniesaukto kareivju asins un audu paraugus, lai varētu veikt precīzāku identifikāciju nāves gadījumos

1992 amerikāņu un britu zinātnieki atklāj metodi embriju testēšanai in vitro, lai noteiktu ģenētiskās anormālības, kas saistītas ar tādām slimībām kā cistiskā fibroze un hemofīlija

1993 pēc brāļu vīriešu-geju ciltskoka analīzes tiek noskaidrots, ka homoseksualitāte tiek nodota ar vienu mātes X hromosomā esošu gēnu

1993 Džordža Vašingtona universitātes pētniekiem izdodas klonēt cilvēka embriju un dažas dienas to uzturēt dzīvu barotnē uz Petri plates. Izsauc sabiedrības (politiķu, ētiķu gēnu inženierijas kritiķu) protestu

1993 starptautiska pasaules zinātnieku komanda franču zinātnieka Daniela Kohena (Daniel Cohen, Center for the Study of Human Polymorhisms in Paris) izstrādā cilvēka visu 23 pāru hromosomu kartes uzmetumu

1995 zinātnieki (Duke University Medical Center) paziņo, ka viņiem izdevies pārstādīt sirdi no ģenētiski izmanītas cūkas paviānam. Visos trijos gadījumos operācija noritējusi sekmīgi un paviānu sirds ir darbojusies pāris stundas – tātad ir iespējama orgānu transplantācija starp atšķirīgām sugām

1995 tiek pierādīta bijušā futbolista O.J. Simpson nevainība dubultā slepkavībā, pamatojoties uz ģenētiskajiem “pirkstu nospiedumiem”

1997 Skotijā tiek klonēta pirmā aita Dollija (no vienas avs šūnas)

1998 biologs Craig Venter paziņo par grandiozu projektu cilvēka gēnoma atkodēšanā

1998 Havajas universitātes pētniekiem izdodas klonēt peli, pie tam ne tikai neskaitāmās kopijās, bet arī atkārtoti 3 paaudzēs

1998 nosakot vīrieša spermas DNS sastāvu uz Monikas Levinskas apgērba, tiek pierādīts ASV prezidenta Bila Klintona sakars

1998 ar DNS pārbaudes metodi tiek pierādīts, ka ASV prezidentam Thomas Jefferson ir bijis vismaz viens ārlaulības bērns no viņa verdzenes Sally Hemings

1998 Japānas Kinki universitātes speciālistiem izdodas klonēt vienas govs 7 teļus

2003 beigsies Human Genome Project

Cilvēka genoma projekts ir 1988. gadā uzsākta pētniecības programma, kurā paredzēts burtu pa burtam kartēt visu cilvēka iedzimtības tekstu jeb, citādi sakot, iegūt pilnīgu priekšstatu par nukleotīdu secību cilvēka DNS.

Cilvēka iedzimtības tekstā jeb genomā ir apmēram 80 000 dažādu gēnu, bet vienu gēnu var veidot pat vairāk nekā 2 miljoni nukleotīdu. Paredz, ka iegūtā informācija palīdzēs nepieļaut vai izārstēt daudzas slimības, kas izsauc invaliditāti vai beidzas ar nāvi. Taču ar informāciju par indivīda ģenētisko konstitūciju ir saistītas arī potenciālas ētikas problēmas, ieskaitot bažas, ka tā novedīs pie gēnu inženierijas izmantošanas cilvēka sugas pārveidošanā.

Cilvēka genoma organizācija (Human Genome Organization jeb HUGO), kas šo pasākumu koordinē, pirmajos 5 gados paredzējusi izmantot 1 miljardu dolāru; tādā kārtā šis ir visvērienīgākais pētniecības projekts, kāds jebkad ir sākts realizēt bioloģijas zinātnēs.

Darbu veic vairāk nekā 20 zinātniskajos centros visā pasaulē.

1991. gada sākumā bija kartēts ap 2000 gēnu. Sakarā ar bažām, ka, piemēram, dati par atsevišķa cilvēka gēniem varētu nepieļaujami ietekmēt vērtējumu par viņa apdrošināšanas risku, Savienotajās valstīs plāno pieņemt likumu par personas genoma slepenību, bet 3% no HUGO līdzekļiem ir atvēlēti pētījumiem un ziņojumiem par šī projekta realizācijas ētiskajām sekām.

Pētījumu gaitā noskaidrots:

Katra DNS spirāle ir noteiktā secībā izvietotu ķīmisku būvbloku – nukleotīdu – virkne. Nukleotīdu veidi ir tikai četri, bet iespējamo kombināciju skaits ir neizmērojams.

Dažādās nukleotīdu kombinācijas liek šūnā sintezēties dažādām olbaltumvielām un tādējādi nosaka organisma uzbūvi un individuālās variācijas.

Lai noteiktu, kādā veidā nukleotīdi kombinējušies attiecīgajā virknē, DNS spirāles sadala fragmentos, šos fragmentus pavairo (tos ievadot rauga vai baktērijas Escherichia coli šūnās) un izdala pētniecības centriem.

Gēni aizņem tikai nelielu DNS virknes daļu. Šķiet, ka daudziem augstākajiem organismiem vairāk nekā 90% no DNS nepilda nekādas funkcijas, lai gan ikreiz, kad šūna dalās, arī dīkā daļa precīzi nokopējas un pāriet nākamajā paaudzē. Varbūt tas, ka ir tik daudz liekas DNS, dod kādas priekšrocības; piemēram, tas varētu būt rezerves fonds, no kā veidojas jauni gēni, ja vecos sabojājušas mutācijas. /Ideju vārdnīca. Apgāds “Zvaigzne ABC”, 1999/

Gēnu inženierijas vēsture

1972 uzskatāms par gēnu inženierijas dzimšanas gadu. Tika izveidota pirmā ģenētiski pārveidotā baktērija. Lietojot ļoti specifiskus fermentus, kas spēja sašķelt un sašūt DNS, kļuva iespējams pārnest noteiktus DNS fragmentus uz citu organismu. Vēsturiski pirmo ģenētiski pārveidoto zarnu trakta nūjiņu Escherichia coli joprojām visplašāk izmanto ārstniecības preparātu ražošanā.

1974 zinātnieki sāk šaubīties, ka ģenētiski pārveidotie organismi var izkļūt brīvībā un tad mutācijas nevarēs kontrolēt un vadīt. Taču pagaidām viss, kas nonāk ārpus laboratorijas sienām, nav dzīvotspējīgs. Zinātnieks Pauls Bergs un daudzi citi žurnālā “Science” publicē atklātu vēstuli ar nosaukumu “Potenciālās bioloģiskās briesmas, ko var radīt ģenētiski modificētās DNS molekulas”. Principā daudzus māc šaubas par to, vai tiešām visu var kontrolēt.

1975 kopš 1975. gada līdz astoņdesmito gadu sākumam notiek daudz dažādu konferenču, kur spriež par potenciālo risku, kas saistīts ar ģenētiskajām mutācijām.

1986 uzdīgst pirmie ģenētiski modificētie (transgēnie – ar pārnestajiem gēniem) augi. Dārgos un sarežģītos pētījumus arvien plašāk sponsorē lauksaimniecības giganti, saskatot tajos komerciāli izdevīgus nākotnes projektus. Un nekļūdās.

1994 maijā ASV Pārtikas un zāļu pārvalde (Food and Drug Administration – FDA) oficiāli atzīst, ka ģenētiski modificētie firmas “Calgene” tomāti “Flavr Savr” ar palēninātu nogatavošanos ir tikpat droši pārtikā kā parastie, un dod atļauju tirgoties ar tiem.

1995 FDA atļauj realizēt firmas “Monsanto” tomātus, soju (izturīga pret herbicīdiem), kartupeļus (neuzņēmīgi pret Kolorādo vabolēm), kā arī firmas “Ciba Geigi” kukurūzu, firmas “Calgene” rapšus ar mainītu eļļas sastāvu, firmas “Asgrow” ķirbjus utt.

Un tomēr cilvēkus māc šaubas – vai mēs neapdraudam sevi?

1995. gadā Madridē notiek zinātniska konference, kurā zinātnieki nonāk pie slēdziena, ka nepieciešams starptautisks Bioloģiskās drošības protokols.

1999 pasaulē 34 laboratorijās, galvenokārt, ASV, Kanādā, Francijā un Anglijā, tiek audzēts vairāk nekā 56 dažādu transgēnu augu kultūru.

1999. gada februārī Kartahēnā notiek pasaules konference, bet protokols tā arī netiek parakstīts un neiegūst likuma spēku.

Modificētās lauksaimniecības kultūras

1. sojas pupas

2. kukurūza, labības augi

3. canola

4. papaija

5. kartupeļi (Russet Burbank)

6. tomāti

7. ķirbji (dzeltenie, garie – yellow crook-neck squash) • cigoriņi – red hearted chicory (radicchio)

• kokvilna

• piens un piena produkti, ko iegūst no govīm, kurās ievadīts ģenētiski modificēts augšanas hormons (rBGH – recombinant bovine growth hormone)

PĀRTIKAS PRECES, kuru ražošanā tiek izmantoti ģenētiski modificētie augi

Pēc sabiedriskās organizācijas Zemes draugi (Frends of Earth) datiem Lielbritānijas veikalos sastopami šādi produkti

Šokolāde Twix

KitKat

Galaxy

Cadbury’s šokolādes pirkstiņi

Saldējums Walls Vieneta

Mākslīgais saldinātājs Nutra Sweet, Equal, E 951

Firmas un kompānijas

Firma “Nestle”, kuras produkti tiek tirgoti ar “Van den Bergh” vārdu “Nestle Coffe Mate”

margarīns “Rama”

“Coca Cola”

“Uncle Bens”

“McDonald”

Dzīvnieku klonēšana

1997 februāris

Skotijā tiek klonēta pirmā aita Dollija

marts

ASV prezidents Bils Klintons aizliedz izmantot federālo naudu iespējamajiem cilvēka klonēšanas pētījumiem

1998 janvāris

Teksasā klonēti teļi. Turklāt tie ir ģenētiski uzlaboti mājlopi, lai varētu ražot pienu medicīniskiem nolūkiem

jūlijs

zinātnieki Havajas salās klonējuši vairākus dučus peļu

augusts

zinātnieki Jaunzēlandē paziņo, ka veiksmīgi klonējuši kādu izmirstou savvaļas govi

novembris

biotehnoloģijas firma Masačūsetsā paziņo, ka ar klonēšanas tehniku radīts embrijs no govs un cilvēka šūnām

decembris

japāņi paziņo, ka no vienas govs klonēti vairāki teļi

1999 janvāris

pētnieki Oregonā paziņo, ka viņu mēģinājumi klonēt pērtiķi beigušies neveiksmīgi, un izsaka versiju, ka ļoti sarežģīta var būt arī cilvēka klonēšana

aprīlis

tiek paziņots, ka Luiziānā dzimušas 3 klonētas kazas

maijs

amerikāņu firma “Geron” par 27 miljoniem USD no skotiem nopērk Dollijas klonēšanas tehnoloģijas tiesības. Firmu interesē klonētu cilvēku embriju izmantošana medicīnā

vasarā

ķīniešu zinātniekiem izdevās radīt klonētas pandas embriju, izmantojot truša olšūnu. Pētnieki cer, ka nākamo 3 gadu laikā pasaulē nāks pirmā klonētā panda

2000 13. janvāris

tiek paziņots par klonēta pērtiķa radīšanu Oregonā

gada sākumā

tiek gaidīta klonētu cūku dzimšana Skotijā

marts zinātnieku grupa, kas pirms 3 gadiem klonēja aitu Dolliju – pirmo pieauguša zīdītāja identisku kopiju, ir radījusi pasaulē pirmās klonētās cūkas (skotu kompānija “PPL Therapeutics” paziņoja, ka pieci mazie siventiņi ir veselīgi un jūtas labi. Šis sasniegums palielina cerības, ka kādu dienu klonētās cūkas varēs izmantot kā orgānu donorus, lai cilvēki iegūtu tik ļoti nepieciešamās ķermeņa “rezerves daļas”. Skotu pētnieki uzskata, ka ģenētiski uzlaboto cūku orgānu transplantācija cilvēku organismā varētu sākties jau tuvāko piecu gadu laikā. Šī nozare solās klonēto cūku radītājiem dot pamatīgu peļņu, jo cūku orgānus transplantācijas lauciņā varētu apgrozīties aptuveni 6 miljr. dolāru. Skotu kompānijas pārstāvis Rons Džeimss norāda, ka ģenētiski uzlabotu cūku orgāni ir vienīgais veids, kā atrisināt orgānu donoru trūkumu. /Jaunā avīze. trešdiena, 15. marts 2000. gads/

maijā

pasaulē būtu jānāk vēl 4 klonētiem pērtiķiem

jūlijs kādā Japānas pētniecības centrā pirmo reizi klonētai govij piedzimis telēns. Jaunpiedzimušais telēns esot veselīgs un zīžot mātes pienu. Telēna piedzimšana esot apliecinājums tam, ka klonētas govis pieņem savus mazuļus un tām piemīt māes instinkts. Dzīvnieku izpētes centrā jau ir radītas 5 klonētas govis. Visas tika mākslīgi apsēklotas un veiksmīgi apaugļojās divas no tām. Govs Kagas pēcnācējs piedzima 10. jūlijā, bet Nodo pēcņācējs piedzimšot septembrī. Pētnieki ir pārliecināti, ka govju apsēklošana būtu tikpat veiksmīga, ja tā notiktu dabiskā ceļā. Japāņu zinātnieki vēlas uzlabot govju klonēšanas tehniku, jo valsts tirgū ir liels pieprasījums pēc kvalitatīvas liellopu gaļas./Diena, trešdiena, 12. jūlijs 2000. gads/

Transgēnās kultūras var iedalīt 3 grupās

1. izmanto, lai uzlabotu produktu kvalitāti. Šīs transgēnās kultūras ir apmēram 1/5 daļa no visiem ģenētiski modificētajiem pārtikas produktiem. Šajā grupā ietilpst:

o tomāti ar ilgāku nogatavošanās laiku;

Iespējams, ka importētie tomāti, kas ziemas laikā parādās tirgū, tādi arī ir. Pēc taustes stingrs tomāts, taču nav raksturīga tomāta saldā garša. Šajā gadījumā ģenētiski nobloķē viena fermenta – poligalakturonāzes darbību, turklāt nemainot aminoskābju sastāvu, jo aminoskābes ir tikai apmainītas vietām. Rezultāts – ferments neaktīvs, polisaharīds nesašķeļas monocukuros, tomāts nekļūst mīksts, ir viegli transportējams, un, protams, cilvēki to ēd, kaut arī tas nav salds. Organismam nekāda kaitīga darbība netiek nodarīta – ja mūsu organismā siekalu un kuņģa fermenti sašķels šo poligalakturonu – cukuru, tad tas būs tāpat kā ēdot dabisku tomātu, ja nesašķels, tad tas tiks izvadīts no organisma.

o kartupeļi ar paaugstinātu cietes saturu. Atšķirības ir kvantitatīvas un tikai attiecībā uz cietes procentuālo sastāvu.

o rapši ar mainītu eļļas sastāvu utt.

2. citādi tas ir ar lauksaimniecības kultūrām, kas, ģenētiski mainot ir padarītas izturīgas pret herbicīdiem vai vīrusiem, vabolēm u.c. kaitēkļiem. Šajās lauksaimniecības kultūrās ir ievadīta jauna olbaltumviela (ferments, toksīns vai inhibitors), tā kā nepieciešama ļoti rūpīga salīdzināšana un izvērtēšana, lai pateiktu, vai jaunais augs ir ekvivalents dabā esošajam. Tātad vajadzīga aminoskābju, lipīdu, vitamīnu un minerālvielu sastāva, toksiskuma un alergēnu analīze, kā arī fenotipiskais un molekulārais raksturojums. Šajā gadījumā gēnu inženierija izmanto dabisko aizsardzības līdzekļu gēnus, to iedarbību pastiprinot. Tā cīnoties pret insektiem, kaitēkļiem un slimībām, var ievērojami samazināt lauksaimniecības ražu zudumus.

Jau aptuveni 30 gadus Bacillus theringensis sporas izmanto kā efektīgu bioloģisko līdzekli – insekticīdu, jo tā darbīgā viela – delta endotoksīns – ir specifiski toksisks daudziem insektiem. Tagad šī metode aizstāta ar gēnu inženieriju, proti, no B. theringensis pārstāda šī toksīna ekspresējošo gēnu augos (tomātos 1987. gadā, kartupeļos 1989. gadā utt.), un pats augs ražo toksīnu. Modificēšana ar tripsīna inhibitoru ir vēl universālāka.

Līdzīgu principu izmanto firma Monsanto, modificējot soju, kas būtu izturīga pret herbicīdu Roundup. Ideja ir aizgūta no dabas. Gēnus, kas kodē šo olbaltumvielu Roundup herbicīdam, izdalīja no augsnē esošā mikroorganisma un pārstādīja sojā, sasniedzot 0.1% ekspresiju no kopējā olbaltumvielu daudzuma. Tātad šajā gadījumā nāk klāt viena lieka olbaltumviela uz pāri par 10 tūkstošiem dažādu olbaltumvielu daudzuma. Pierādīt, ka šī liekā olbaltumviela nav kaitīga cilvēka organismam, ir zinātniskās pētniecības laboratoriju uzdevums. Šo vielu arī pārbauda, ieskaitot tās sagremošanos kuņģa zarnu traktā.

3. trešajā grupā iedalāmi ģenētiski modificētie dzīvnieki, piemēram,

o transgēnās cūkas (1989. gads) ar liesāku gaļu un palielinātu dzīvsvaru;

o cāļi ar lielāku muskuļu apjomu;

o putni ar paaugstinātu dējību;

o transgēnās zivis ar pārstādītiem žurku augšanas hormoniem (1987. gads) un rezistenci pret slimībām.

Nevar apgalvot, ka, lietojot šīs grupas produktus, jebkuras sekas un ietekme ir izslēgta. Pat zinātniski pētījumi neapliecina, ka hormonu šķelšanās produkti – ļoti stabilie un bioloģiski aktīvie tri- un tetrapeptīdi – nenonāk mūsu organismā.

Ir vēl kāda grupa modificēto produktu, proti, degvīna un alus fermentācijā tiek izmantoti ģenētiski modificēti mikroorganismi un raugi, t.sk. arī mutanti.

DROŠĪBA

Moderno biotehnoloģiju, tās drošību un lietošanu Eiropas Savienībā regulē divas direktīvas:

1. direktīva 90/219 EEC reglamentē ģenētiski modificēto organismu izmantošanu pētījumos un ražošanā

2. direktīva 90/220 EEC nosaka ģenētiski modificēto organismu mērķtiecīgu izplatīšanu vidē gan eksperimentālos nolūkos, gan pārtikas produktu ražošanai. Tajā iekļautas pilnvarošanas un reģistrēšanas procedūras, kontroles mehānismi, kā arī marķēšanas nosacījumi jaunajiem pārtikas produktiem un to sastāvdaļām.

Latvijā uz šo divu direktīvu pamata ir sagatavots tiesību akta projekts – Ministru kabineta noteikumi “Ģenētiski modificētu organismu glabāšanas un lietošanas kārtība” (darba variants)

Bet Eiropas Savienības direktīvu 97/258 EC, kas reglamentē ģenētiski modificēto organismu izmantošanu pārtikas produktu un to piedevu ražošanā, Latvijas likumdošanā vēl plāno iekļaut.

KĀDAS IR GĒNU INŽENIERIJAS BRIESMAS?

• Neprecīza tehnoloģija – gēnu inženieri pārceļ gēnu no viena organisma DNS uz otra organisma DNS – vai ir kāda garantija, kurā vietā šis gēns būtu precīzi ievietojams, vai tas neizsauks neprognozējamas izmaiņas otra organismu pārējo gēnu darbībā?

• Blakus parādības – vai dažkārt pētnieks neatgādina sirds ķirurgu, kas sirds operāciju veic ar lāpstu? Zinātnieki nav pilnībā izpētījuši dzīvās sistēmas – organismus, lai mainot DNS gēnu secību, būtu droši, ka tas neizraisīs kādu neparedzētu mutāciju. Viņi eksperimentē ar ļoti smalkiem, taču ārkārtīgi spēcīgiem dabas spēkiem, neprognozējot, kādas izmaiņas tas varētu izraisīt dabā.

• Plaši izplatītu lauksaimniecības kultūru iznīkšana vai pārveidošanās. Tiek radītas un patentētas jaunas ģenētiski izmainītas sēklas, kas ir izturīgas pret kaitēkļiem, nezālēm vai pesticīdiem. Šīs sēklas ir ģenētiski līdzīgas dabiskajiem kultūraugiem. Kas notiks dabā – vai mēs nezaudēsim lauksaimniecisko pamatkultūru?

• Pilnībā apdraud mūsu iztikā lietojamo pārtiku. Izplatoties (pārnēsā putni, kukaiņi un vējš) ģenētiski modificēto augu sēklām, to putekšņiem – tie nonāk saskarē ar pārējiem augiem dabā. Var notikt neparedzētas krustošanās, līdz ar to dabiskie priekšteči tiek “piesārņoti ar gēniem”, tas nozīmē, ka mēs vairs vispār nezināsim, kādu pārtiku lietojam uzturā.

IETEKME UZ VESELĪBU

• Modificētajai pārtikai ir pārāk īss pārbaudes laiks. Ģenētiskā inženierija var pilnībā pārmainīt produktus, kurus mēs lietojam uzturā. Principā mēs lietosim pārtiku, kas nekad nav pastāvējusi dabā. Kāda ir pārliecība, ka šis uzturs neietekmēs mūsu veselību?

• Toksīni. Gēnu inženierijas rezultātā var rasties neprognozētas mutācijas, kas savukārt var izveidot jaunus toksīnus pārtikas produktos.

• Alerģiskas reakcijas. Var radīt jaunus nezināmas izcelsmes un nenoskaidrotas dabas alergēnus pārtikas produktos.

• Samazināta uztura vērtība. Ģenētiski modificēts produkts lietotāju var maldināt. Piem., tomāts izskatās svaigs, bet būtībā tas jau ir mēnesi vecs. Uztura vērtība krītas.

• Pret antibiotiskajām vielām izturīgas baktērijas. Ģenētiķi lieto antibiotiski izturīgus gēnus. Rezultātā var būt tā, ka lauksaimniecības kultūrās var izveidoties gēni, kas ir rezistenti pret antibiotiskajām vielām. Iespējama situācija, ka gēns var būt komplektēts no organismu inficējošas baktērijas.

• Problēmas, kuras var palikt neievērotas. Ja firmas, kas pārdot ģenētiski modificētus pārtikas produktus, nelieto mārķejumu, tad vēlāk nevarēs pierādīt un sadzīt pēdas sākotnējam izcelsmes avotam.

• Blakus efekti, kas rodas modificētu pārtikas produktu lietošanas rezultātā, var būt arī nāvējoši. Pēc statistikas datiem 37 cilvēki miruši, 1500 ir daļēji paralizēti – aizdomas, ka to izsaukusi ģenētiski modificēta triptofānu saturoša baktērija.

PIESĀRŅOJUMS

• Palielināsies herbicīdu lietošana. Zinātnieki domā, ka, audzējot pret herbicīdiem izturīgas kultūras, lauksaimnieki vairāk izmantos herbicīdus.

• Pesticīdu daudzums palielināsies. Daži modificētie augi paši izstrādās savus toksīnus (pesticīdus), līdz ar to tie nonāks apritē.

• Ekoloģiskie draudi. Jaunie modificētie organismi var nonākt barības ķēdē un apdraudēt ekoloģiskās sistēmas. Sekas neprognozējamas.

• Gēnu piesārņojums. To nevar samazināt un nevarēs tik vienkārši no tā atbrīvoties. Nebūs iespējams ģenētiski modificētus organismus iznīcināt. Tāpat kā kodolpiesārņojuma un ķīmiskā piesārņojuma gadījumos sekas ir neatgriezeniskas.

KO SAKA ZINĀTNIEKI?

Gēnu inženierija ir nepieciešama, lai palielinātu pārtikas produktu daudzumu Trūkums, bads pasaulē rodas galvenokārt karu, dabas katastrofu – plūdu un tautas nabadzības rezultātā

Gēnu inženierija sniegs lielu atbalstu jaunattīstības valstīm Modificēto augu sēklas piederēs tām kompanijām, kas tās patentējušas. Sākotnējā sēkla varēs vairoties, bet izaugušajiem augiem tās būs sterilas. Tātad – par sēklām būs jāmaksā liela nauda

Gēnu inženierija samazinās herbicīdu lietošanu Būs radīti pret herbicīdiem izturīgi kultūraugi. Gluži otrādi – tas veicinās herbicīdu lietošanu

Gēnu inženierija samazinās pesticīdu lietošanu Būs radītas kultūras, kas pašas producēs pesticīdus. Daži no šo augu izdalītajiem pesticīdiem jau iekļauti EPA (Environmental Protection Agency) pesticīdu sarakstā.

Gēnu inženierija ir videi draudzīga Pesticīdu un herbicīdu daudzuma palielināšanās jau liecina pretējo. Rezistentu un jaunu organismu parādīšanās ir dabai bīstams process

Ģenētiski modificēti pārtikas produkti ir dabiski Dabā nepastāv tāda iespēja, kā kukaiņu DNS gēnam iekļauties kartupeļa DNS sastāvā, zivs gēnam nonākt tomātos. Būtībā tas ir tirgus noieta apgalvojums

Gēnu inženierija ir vienkārši tradicionālās tuvradnieciskās krustošanas paplašinājums Krustošanās rezultātā gēni nekad nepārvarēja sugu barjeras. Krustošanās rezultātā notika gēnu apmaiņa starp vecāku un bērnu gēniem, taču gēnu inženierijas rezultātā notiek citas sugas īpatņa gēna pārstādīšana

Gēnu inženierija ir droša Drošība parasti rodas ilgstošas pieredzes rezultātā. Taču šajā gadījumā:

1. DNS fragmentu pārstādīšanas metodes ir nekārtīgas, neprognozējamas un neprecīzas;

2. nav izpētīta organisma bioķīmiskā reakcija;

3. nav skaidrs, kāda būs jaunā modificētā organisma ietekme uz vidi;

4. nav pētījumu par to, kā ģenētiski modificēta pārtika ietekmēs cilvēka veselību;

5. nav teorijas par gēnu riska noteikšanu;

6. nav izstrādāts atveseļošanās plāns gēnu katastrofas gadījumā;

7. nav saprotams, kas (vai vispār kāds) ir atbildīgs par negatīvām sekām

Secinājums

1. Zinātne no dabas izskaidrošanas un izpratnes pāriet pie dabas konstruēšanas, kuras augstākais punkts ir gēnu tehnoloģija, jo pirmo reizi par tehnoloģiskās darbības priekšmetu kļūst cilvēka bioloģiskā daba. Ģenētiskā manipulācija ar organismiem atšķiras no iepriekšējās evolūcijas iespējām ar to, ka evolūcijas princips – iešana uz priekšu nelieliem soļiem – tiek atmests. Arī dzīvniekus līdz šim audzēja sugas ietvaros. Tikai gēnu tehnoloģija dod iespējas apmainīt tālākas attīstības pakāpes organisma gēnus (cilvēka gēnus var pārnest baktērijām). Turklāt zūd iespējas koriģēt kļūdas, jo modernā tehnoloģija ir “gatava uz visu”. Evolūcijas procesā nav domājama kādas sugas parādīšanās ar absolūtu destruktīvu pārsvaru, kas pieļautu pat pašiznīcināšanās iespējas.

2. Gēnu tehnoloģijas otra inovācija ir tās daudzveidīgo izmantojumu iespējas negatīvās sekas. Atomkatastrofas gadījumā vēl pastāv iespēja, ka visa dzīvība uz Zemes netiks iznīcināta, turpretim kļūdas gēnu tehnoloģijā ir nepiedodamas: fatālā iedarbība nevis mazinās, bet pieņemas spēkā. No divu organismu rekombinācijas var rasties pilnīgi jauns tips. Turklāt izmēģinājumos nevar strikti ievērot nospraustās robežas. Pasaulē bakterioloģijas vēsturē ir bijuši arī gadījumi, kad vīrusi nokļūst ārpus laboratorijas sienām.

3. Ģenētiskā iejaukšanās cilvēka dīglī tiecas uz visa cilvēka genoma izmaiņu. Ģenētiski izmainītā DNS atrodas nevis tikai atsevišķās ķermeņa šūnās, bet arī dīgļa šūnās, un tāpēc izmainītās īpašības saskaņā ar Mendeļa likumu var tikt nodotas pēcnācējiem. te pagaidām ir daudz tehnisku grūtību, taču šāda terapija var novērst slimības, kas tiek nodotas mantošanas ceļā. Ģenētiskās slimības nebūtu vairs jāapkaro, bet jākavē to attīstība. Nākamās paaudzes tiktu pasargātas no slimībām. Taču te paveras arī “vēlamu īpašību” veidošanas iespējas, t.i., terapijas izmantošana neterapeitiskiem mērķiem.

Izmantotā literatūra:

www.videsvestis.lv

www.zb-zeme.lv

www.fizmati.lv

www.apollo.lv

www.llu.lv

www.izm.gov.