prednosti gm hrane -...
TRANSCRIPT
Genetički
modificirani
organizmi
GMO
Molekularna biologija s genetikom
Studij Farmacija, 3. godina
Što je genetički modificirani organizmi?
Organizmi čiji je genetski materijal izmijenjen uz
pomoć korištenja tehnika genetičkog inženjerstva.
Organizmi kojima je dodan jedan ili više gena
Organizmi kojima je deletiran ili utišan jedan ili
više gena
Produkti genetički modificiranih organizama
Produkti životinja koje se hrane GM hranom
GMO
Genetički modificirane biljke
Genetički modificirane životinje
Genetički modificirani mikroorganizmi
Genetički modificirane biljke
Gotovo sve kultivirane biljke dobivene su
genetskim preinakama
Klasično oplemenjivanje temelji se na
križanjima, koja su započela prije 8-10 000 godina
Oplemenjivanje mutagenezom započelo 20-tih
godina prošlog stoljeća
Oplemenjivanje genetičkim inženjerstvom
započelo 90-tih godina prošlog stoljeća
Genetički modificirane biljke
Mijenja se samo jedan ili nekoliko gena.
Postaju dostupni geni iz bilo kojeg izvora (nesrodne biljne vrste,
mikroorganizmi).
Postojeći geni mogu se pojačati, utišati ili u cijelosti inaktivirati.
Skraćuje se vrijeme potrebno za oplemenjivanje.
Dvije temeljne tehnike unošenja željenih gena u biljni genom
Posredstvom bakterije Agrobacterium tumefaciens
Ispucavanjem gena “genskom puškom” (“gene gun”)
Prednosti tehnologije genetičkog inženjerstva u
oplemenjivanju biljaka
Prirodni proces ugradnje gena bakterije
Agrobacterium tumefaciens u genom biljne stanice
Bakterija A. tumefaciens živi u tlu na korijenju biljaka
Bakterijska stanica sadrži plazmid Ti (‘tumor inducing)
Pri infekciji biljnih stanica dio plazmida Ti ugrađuje se u genom biljke ( T-
DNA regija)
Pod utjecajem integriranih bakterijskih gena biljne stanice formiraju tumorsko
tkivo i proizvode opine, tvari koje bakterijske stanice koriste kao hranu.
1. Stvaranje
transgenične
biljke pomoću
A. tumefaciens
Konstrukcija rekombinantnog Ti plazmida: izolacija Ti plazmida, modifikacija T-DNA
regije (izrezivanje većine bakterijskih gena i ugradnja željenih gena)
Unošenje rekombinantnog plazmida u bakterijske stanice A. tumefaciens, uzgajanje tekuće
kulture bakterijskih stanica
Inkubacija komadića biljnog tkiva u bakterijskoj suspenziji
Ugradnja T-DNA (sa željenim genima) u neke biljne stanice
Selekcija modificiranih biljaka (embrioida-transformanata) na selektivnim podlogama.
Regeneracija transformiranih biljaka i prenošenje u zemlju
2. Unošenje gena u biljni genom genskom puškom
1. Kopije željenog gena vežu se
reverzibilno za sitne zlatne ili
volframove čestice.
2. Čestice se “ispucaju” pod visokim
pritiskom na biljne stanice.
3. U nekim stanicama željeni gen dospije
u jezgru te se ugradi u genom.
4. Transformirane biljke se regeneriraju i
selekcioniraju kao u prethodnoj
metodi.
Primjeri genetički modificiranih biljnih kultivara
Rajčica s odgođenim zrenjem ‘Flavr Savr’
Bt usjevi – biljke otporne na štetočine (kukce)
Biljke otporne na herbicide
Biljke s poboljšanim hranidbenim vrijednostima
Biljke s uklonjenim alergenima
Biljke koje sadrže cjepiva
Rajčica s odgođenim sazrijevanjem plodova ‘Flavr Savr’
Prva GM kultivar odobren za tržište i
komercijalni uzgoj, 1994.
Umanjenom aktivnosti gena za enzim
poligalakturonazu
Uporabljena tehnologija antisense
(protusmislene) RNA
Unesena sintetička nukleinska kiselina
Rajčica povučena s tržišta zbog slabih
prinosa
Bt usjevi – otporni na štetne kukce
Štetni kukci (npr. kukuruzni moljac,
kukuruzna zlatica) – uzrokuju velike
gubitke u poljoprivredi
Starija strategija borbe protiv kukaca
štetočina – zaprašivanje iz aviona prahom
bakterija Bacillus thurigiensis
Bt proteini (endotoksini) iz bakterije
Bacillus thurigiensis – toksični za kukce i
netoksični za čovjeka i životinje
Bt usjevi – otporni na štetne
kukce
GM modifikacija – unošenje
gena za sintezu endotoksina u
biljne stanice
Biljka proizvodi endotoksine
Bt kukuruz, Bt pamuk, Bt soja
Značajno smanjena potrošnja
pesticida
Najčešće se uvodi
otpornost na herbicide
glifosat (‘Roundup’) i
glufosinat (‘Basta’)
Ti herbicidi se brzo
razgrađuju u tlu na
netoksične sastojke čime
se smanjuje mogućnost
zagađenja podzemnih
voda
Biljke otporne na herbicide
Zlatna riža
Riža koja stvara beta karoten, preteče vitamina A
Ubačena tri gena, dva iz sunovrata i jedan iz bakterije
Projekt nije komercijalan, sjeme se besplatno dijeli farmerima u
Kini i Indiji
Biljke s poboljšanim hranidbenim vrijednostima
Žitarice s povećanim količinama željeza i uklonjenim spojevima koji
sprječavaju iskorištavanje željeza
Krumpir s blokiranom sintezom gorkih komponenti (krumpir iz Anda)
Biljke s povećanom tolerancijom hladnoće, suše, slanosti tla. (Npr. jagode i
krumpir otporni na hladnoću)
Biljke s uklonjenim alergenima
Soja, kikiriki i riža bez alergena
Biljke koje sadrže cjepiva
Banana s inaktiviranim virusima kolere, hepatitisa B i dijareje
Ostale mogućnosti
Genetički modificirene kulture komercijalno dostupne
2002. godine
Koliki je udio genetički modificirane hrane u
svijetu?
12% svjetskih obradivih površina trenutno je
zasađeno GM biljkama
Uzgoj i uvoz GM hrane
GM hrana nije jednako prihvaćena u različitim
dijelovima svijeta
U Europi i Hrvatskoj zabranjeno uzgajati GM usjeve
ALI je dozvoljen uvoz
Obveza obilježavanja proizvoda koji sadrže više od
0.9% GM sastojaka u Europi i Hrvatskoj
U SAD-u nema obveze obilježavanja GM proizvoda
Genetički modificirane životinje
GM ovca koja proizvodi ljudski protein α-antitripsin
Krave s unesenim GM goveđim hormonom rasta
GM losos velike mase i ubrzanog rasta
Ovca Tracy
Ovca ‘Tracy’ (1990-97) genetički modificirana s ciljem proizvodnje ljudskog
proteina, alfa antitripsina, u mlijeku.
Protein važan u tretmanu oboljelih od cistične fibroze i emfizema pluća
Postupak: mikroinjekcija strane DNA u pronukleus oplođene jajne stanice
Roslin Institute, Edinburgh, Scotland.
Zanimljivost: prvi kloniran sisavac ovca ‘Dolly’ nastala je s ciljem reprodukcije
životinja kao što je ‘Tracy’.
Krave s unesenim goveđim hormonom rasta
• BST – bovine somatotropin – proizveden genetičkim
inženjerstvom daje se kravama radi poticanja proizvodnje
mlijeka
• Postiže se 20% veća proizvodnja mlijeka i ukupan profit
• Etički dvojbeno:
– Krave obolijevaju od mastitisa, cističnih ovarija, artritisa - tretiraju se
antibioticima
– BST nije rizičan za ljude, ali uzrokuje porast inzulinskog faktora rasta,
koji je kemijski identičan u ljudi i krava i može potaknuti prebrz rast
dojančadi, razvoj dojki kod djece i raka dojki kod žena
• Tretman krava BST-om u Europi zabranjen, u SAD i nekim
drugim zemljana svijeta dozvoljen
Losos ‘AquAdvantage’
Genetički modificirani atlantski losos - AquAdvantage salmon
– ima ubrzani rast i veličinu u odnosu na divlji tip atlantskog
lososa.
U znatno kraćem roku postiže dvostruko veću masu
Genetička manipulacija na promotorima hormona rasta
Losos AquAdvantage – još nije dobio dozvolu FDA (Food and
Drug Administration)
Genetički modificirani mikroorganizmi
Sirevi i kimozin
Tijekom pravljenja sireva u mlijeko se dodaje sirilo –
ekstrakt enzima – najvažniji je kimozin (renin)
Tradicionalno sirilo se dobiva iz želuca telića
Genetičkom modifikacijom u genom kvasca umetnut je
gen za teleći kimozin
GM kimozin gotovo istisnuo tradicionalni teleći kimozin
Procjena rizika vezanog uz GM hranu
Prije dopuštanja komercijalnog uzgoja svaki GM proizvod podvrgava se
sljedećim analizama:
stabilnosti genetske preinake
potencijalne toksičnosti i alergenosti novog proteina/metabolita
nutricionističkog sastava
učinka na biogeokemijske procese
promjene poljoprivredne prakse i potencijalne posljedice
učinka na ciljane i druge organizme (izravan i neizravan)
invazivnosti u okolišu
mogućnosti prijenosa genetskih promjena u genom divljih srodnika i
potencijalne posljedice
procjena učinka na bioraznolikost
Rizici vezani uz proizvodnju GM hrane
1. Zdravstvena ispravnost hrane
Procjena rizika je jednostavna i univerzalna.
Prije stavljanja na tržište za svaki GM kultivar procjenjuje se
Mogućnost prijenosa gena za rezistenciju na antibiotike (marker)
Mogućnost alergijskih reakcija
Svjetska zdravstvena organizacija (WHO): nema dokaza da je genetski
modificirana hrana štetnija za zdravlje ljudi o konvencionalne hrane.
2. Ekološka prihvatljivost
Procjena rizika je složena i mora se provoditi lokalno.
Mogućnost prijenos transgena na divlje srodnike ili korove
(‘superkorovi’)
Moguće ugrožavanje biodiverziteta i razvoj rezistentnih kukaca (Bt
usjevi)
3. Socio-ekonomske posljedice
Monopol velikih biotehnoloških tvrtki nad
proizvodnjom sjemena
Patentiranje sjemena
Slučaj povučene studije koja je navodno dokazala štetnost GM
hrane na miševimaGilles-Eric Séralini et al. (2012) Long term toxicity of a Roundup herbicide and a Roundup-
tolerant genetically modified maize. Food and Chemical Toxicology 50 (11) : 4221–4231
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0278691512005637
Unatoč povučenoj studiji naši mediji pišu:
http://www.slobodnadalmacija.hr/Mozaik/tabid/80/articleType/ArticleView/articleId/232849/Default.aspx
Najnovije: 107
nobelovaca
potpisuju ZA
GM hranu
http://www.jutarnji.hr/globus/Glob
us-zivot/vodeci-hrvatski-
molekularni-biolozi-mi-smo-za-
gmo/4626281/
Nepotreban strah javnosti od GM hrane
.
Genetičko inženjerstvo se kao tehnologija proizvodnje hrane ne smije odbaciti
Nužnost kontinuiranog praćenja najnovijih svjetskih znanstvenih spoznaja o GM
hrani
GM proizvode sagledavati individualno i procijeniti rizike i koristi
Evolucija
Evolucija
• Promjena koja se događa u vremenu na razini vrsta (ne
pojedinaca) i koja objašnjava raznolikost svih živih bića
• Raznolikost – 10-100 milijuna različitih vrsta – uočljive
morfološke i fiziološke razlike među njima
• Zajednički predak (prije 3.8 milijardi godina)
• Promjene nastale uslijed niza manjih, često i neprimjetnih
promjena tijekom mnoštva uzastopnih generacija.
• Charles Darwin 1869. - Postanak
vrsta
https://hr.wikipedia.org/wiki/Evolucija
Podržavanje teorije evolucije u svijetu
https://en.wikipedia.org/wiki/Level_of_support_for_evolution
U Hrvatskoj samo 57% ljudi vjeruje u teoriju evolucije
Raznolikost
Filogenetsko stablo
Dokazi evolucije
• Strukturna adaptacija – mimikrija i
maskiranje
• Fiziološka adaptacija
– rezistencija na antibiotike
• Fosili
• Anatomski homologne i analogne strukture
– Embrionalni razvoj, rudimentarni organi
Mehanizmi evolucije
o Mutacije – slučajne promjene na genima odnosno na DNA
o Genetski otklon (engl. Genetic drift) – slučajne promjene u
frekvenciji pojedinih genetskih varijacija unutar populacije
tijekom vremena
o Učinak uskog grla (engl. The bottleneck effect)
o Učinak utemeljitelja (engl. Founder effect)
o Prirodna selekcija
o Specijacija - izolacija i migracija
o Adaptivna radijacija
Prirodna selekcija
o ne-slučajni i postepeni proces kojim pojedine genetske varijacije i
mutacije postaju manje ili više zastupljene u nekoj populaciji, a
pozitivno ili negativno utječu na sposobnost preživljavanja i
reprodukcije tog organizma u nekom okolišu
• Nije slučajna, događa se pod ekološkim pritiscima i sposobnosti
organizma da se prilagodi
• Kompeticija
• Prekomjerni broj u populaciji (veći broj potomaka nego sama veličina
populacije koja se ne mijenja)
• Adaptacija (prilagodba) – strukturna (izgled), kemijska, ponašanje
• Maskiranje, boje upozorenja, mimikrija
Podjela evolucije s obzirom na trajanje
• Mikroevolucija - manje sukcesivne promjene u genskoj
zalihi određene populacije od jedne do druge generacije
– Stvaranje novih vrsta
– Glavni faktor izolacija (geografska, ekološka, reprodukcijska,
genska)
• Makroevolucija - razvoj viših sistematskih skupina
(porodica, red, razred)
– pomicanje skupine organizama u nove adaptivne zone
• Megaevolucija - pojava novih bioloških sustava ili tipova
organizacije
Molekularna evolucija
• Sekvenciranje genoma
• Filogenetska stabla
• Bioinformatička analiza
genomskih sekvenci