Geneticky modifikované organizmy

Základné poznatky a pojmy

Hlavná stránka Vzdelávanie Základné poznatky a pojmy
English language

O tom, že u všetkých tvorov na zemi existujú akési pravidlá prenosu vzhľadu a vlastností z rodičov na potomkov vedia ľudia už tisíce rokov. V praxi tento poznatok využívali napríklad tak, že na osev používali len najväčšie a najzdravšie zrnká, u domáceho statku na párenie pripúšťali len najproduktívnejšie zvieratá. Tak sme sa za dlhé roky dopracovali ku plodinám natoľko zmeneným, že dnes už mnoho razy ani nepripomínajú pôvodné divé druhy: málokto dnes vie, že rajčiak bol pôvodne drobný a žltoplodý (už sa zasa taký pestuje, viac - menej ako dekoračná zelenina), kukurica mala každé zrnko obalené v pleve, pšenica mala zrná v dvoch radoch po dve, prakticky všetko ovocie bolo trpkejšie a drobnejšie. Rovnako tak zvieratá: dnešný hovädzí dobytok sa na divého pratura podobá málo, prasa domáce už nemá ani ochranné sfarbenie a beh po lese by bol preň skutočne náročnou záležitosťou, pôvod psa bol dlho predmetom diskusií (pritom ťažko povedať, čo je to dnešný domáci pes: či je to ten pekinský palácový, alebo bernardín), domáce husi a kačky to vôbec neťahá na zimu do iných krajín a tak ďalej.


Prenos znakov a vlastností z rodičov na potomstvo voláme dedičnosť. Znakom myslíme vzhľad, teda vonkajšie a väčšinou aj merateľné elementy (napr. veľkosť, farba, tvar jednotlivých častí ...). Vlastnosti sú väčšinou vnútorné, teda činnosť vnútorných orgánov, látková výmena, tvorba určitých chemických látok (napr. alkohol u niektorých kvasiniek), schopnosť tvoriť protilátky ... Dedičnosť je nositeľkou evolúcie - vývoja druhov. V prírode sa prirodzeným výberom dostávajú do ďalšieho rozmnožovania len silnejšie, odolnejšie (krajšie, úspešnejšie, vytrvalejšie, vyvinutejšie) jedince, ktoré potom svoje gény prenášajú na potomstvo. Slabší vyhynú bez potomstva ... Dôkazom, že ľudia o dedičnosti vedeli od nepamäti, sú napríklad príslovia typu: "Aká matka - taká Katka", či menej feministické "Aký otec - taký syn".


Skutočnosť, že dedičnosť sa riadi určitými zákonitosťami, si všimol už v druhej polovici 19. storočia Johann Gregor Mendel, opát brnianskeho kláštora augustiánov. Pokusmi, najmä s fazuľou a hrachom, dospel k definovaniu zákonov dedičnosti, platných dodnes ako Mendelove zákony. Podstatu dedičnosti objaviť nemohol, pretože svojim dobovým drobnohľadom mohol vidieť nanajvýš bunky. Ani jeho súčasník, Friedrich Miescher, ktorý izoloval z bunkových jadier látku, ktorú nazval nuklein, netušil, že získal substanciu zúčastňujúcu sa procesu dedičnosti. Hoci ešte nebolo jasné, ako gény vyzerajú, z čoho sa skladajú a ktorá látka je nositeľom dedičnosti, použil Johannsen v roku 1909 ako prvý termín gén a dokonca, samozrejme zatiaľ v teoretickej rovine, definoval jeho špecifické vlastnosti. Míľnikom v rozvoji genetiky boli dvadsiate roky 20. storočia, kedy Morganove experimenty s mikroorganizmami odhalili, že gény sú umiestnené na chromozómoch (ktoré budú bližšie vysvetlené v ďalšom v texte). Moderná éra genetických manipulácií začala v roku 1944, kedy sa istému pánovi Averymu podarilo geneticky transformovať baktériu pomocou čistej DNA (vysvetlené ďalej v texte) z buniek iného bakteriálneho kmeňa, čím zároveň dokázal, že nositeľom genetickej informácie je DNA (napr. istá časť DNA nesie informáciu o tom, že keď na strome vyrastie čerešňa, bude mať kôstku a nie jadrovník a každá čerešňa bude mať rovnako kôstku a nie jadrovník).


Ako sa teda prenášajú znaky a vlastnosti? Ako vieme, organizmy sú buď jednobunkové - mikroorganizmy, alebo viacbunkové - všetky ostatné. Bunka je základom každého organizmu a má vcelku jednotnú stavbu: na povrchu je bunková stena (rozdielna u rastlín a živočíchov), ktorá je vyplnená cytoplazmou, tekutou organickou hmotou, v ktorej „plávajú" bunkové orgániky, organely. Je ich viacero druhov: zásobníky látok - vakuoly, energetické centrály - mitochondrie, u rastlín chloroplasty, v ktorých prebieha známa premena neorganických látok na organické pomocou svetla (fotosyntéza). Nás však bude najviac zaujímať jadro bunky, ktoré je centrom celej činnosti bunky. Ak by sme pripodobnili bunku k počítaču, tak jadro je jej hard-diskom. Je to ohraničené teliesko, ktoré obsahuje ďalšie telieska, ku ktorým smerujeme: sú to chromozómy. Sú tyčinkovitého, alebo rožkovitého tvaru, viditeľné (samozrejme dobrým mikroskopom, pretože ich dĺžka je pár desiatok mikrometrov, čiže pár stotín milimetra) najmä vtedy, keď sa bunka ide deliť, čiže rozmnožiť, dá sa povedať aj „skopírovať". Ak si ich pozrieme naozaj dobrým - najlepšie elektrónovým - mikroskopom, uvidíme ich štruktúru: tvorené sú dvojitými vzájomne pospájanými špirálami, vyzerajúcimi ako skrútený rebrík. Onen „rebrík" je tvorený Dezoxyribonukleovou kyselinou - DNK, resp. v anglickej verzii Deoxyribonukleotid acid - DNA. Zaujímavosťou DNA je to, že je tvorená len štyrmi nukleotidmi: Adenín (A), Guanín (G), Tymín (T) a Cytozín (C). Vzájomnou párovou kombináciou poradia: A sa páruje len s T a G len s C, vytvárajú nekonečné množstvo kombinácií v jednotlivých poschodiach rebríka - génoch. Gén (tiež id alebo alela) je jednotka dedičnosti, teda kód pre jeden znak. Ak si zasa pomôžeme počítačovou terminológiou, tak chromozómy sú programom a pamäťou bunky, pracujúcim v štvorkovej sústave, gén je jeden krok v programe. Keďže bunka je stavebným kameňom tela viacbunkovcov, chromozómy sú programom celého organizmu. Ak sa zmení program, zmení sa úmerne aj organizmus.


Pri delení bunky sa rozdelí aj jej jadro a v ňom každý chromozóm. Ten sa delí tak, že priečky „rebríka" sa pri procese delenia „rozpletajú" na samostatné vlákna DNA a z nich sa každý kompletizuje (dopáruje) podľa už vyššie spomenutého pravidla A s T, G s C a opačne, čím sa vytvoria dve úplne identické špirály DNA. Takže z jedného chromozómu sú dva úplne rovnaké, ktoré so sebou potom rozdelené jadrá prinesú do nových buniek. Program sa prekopíroval. Inak je to ale pri vzniku pohlavných buniek. Tam sa „spárované" chromozómy rozdelia a pri delení bunky ide do každej novej bunky iba jeden chromozóm. Tým sa vytvorí pohlavná bunka s polovičným (haploidným) počtom chromozómov. Pri spojení dvoch pohlavných buniek (oplodnení), vznikne bunka s dvojnásobným (diploidným) počtom chromozómov, vytvorí sa teda nová úplná genetická informácia - a môže začať vývoj nového organizmu. Genetická informácia, alebo genetický kód je súbor všetkých génov organizmu, na všetkých chromozómoch. Genóm je genetická informácia pohlavnej bunky, polovičný genetický kód.


Ak sa pri delení a kopírovaní chromozómu v telovej bunke stane nejaká chyba, vznikne porucha, niekedy vážna, s ktorou si bunka (resp. telo organizmu) niekedy poradí, niekedy nie. Jedným z príkladov na vážnu poruchu je aj vznik nádorovej bunky, ktorá sa vymkne kontrole a neobmedzene sa delí s pozmenenou genetickou informáciou. Ak sa stane chyba pri delení pohlavnej bunky, nový organizmus potom buď vôbec nevznikne (jeho genóm nie je kompatibilný), alebo vznikne organizmus pozmenený. Ak je schopný ďalšieho množenia, nový program nesie so sebou a potomstvo má už túto novú podobu. Zmena nemusí byť vždy nevhodná, preto sa donedávna takéto zmeny umele vyvolávali napríklad pôsobením niektorých chemikálií, ožiarením alebo tepelným šokom. Získali sa tak mnohé nové odrody rastlín (najviac pšeníc, ale napríklad aj známa odroda jablka - Jonatan). Tieto postupy sa už prestali aplikovať, pretože výsledok je pri nich vecou náhody, ktorá sa nedá naplánovať. V prírode však tzv. náhle dedičné zmeny - mutácie - prebiehali a prebiehajú naďalej. A tie sú významným evolučným faktorom, pretože pri nich vznikajú organizmy, ktoré „nečakajú" na vývoj, ale ho mierne „preskočia". Niektoré takto vzniknuté organizmy sa natoľko líšia od im podobných, že ich nevieme dobre zaradiť do vývojového systému, lebo nemajú priamych predkov. Najznámejší tvor bez priameho predka je človek, ako živočíšny druh.


Poruchy v delení buniek môžu spôsobovať aj vírusy, ktoré vlastne nie sú organizmami, ale len samotnou štruktúrou DNA. Tá, ak má vhodné podmienky, prenikne do bunky, nahradí DNA jej jadra, takže bunka sama začne tvoriť nové vírusy. Keď sa nimi naplní praskne a vírusy sa šíria ďalej. V tom je ich veľká nebezpečnosť a dôvod, prečo proti nim prakticky niet lieku. Činnosť vírusu pochopíme najlepšie na osvedčenej analógii s počítačmi, kedy vírus prenikne do programu a určitú časť - sekvenciu - programu nahradí zápisom seba samého. Veď aj pojem počítačový vírus je odvodený od toho prírodného, tvoreného štruktúrou DNA. Zatiaľ čo počítačový vírus je vytvorený v dvojkovej sústave, klasický v štvorkovej.


O vzťahu chromozómov a buniek treba povedať ešte pár zaujímavostí:


Tlačiť
© 2006 - Odbor biologickej bezpečnosti, Ministerstvo životného prostredia Slovenskej republiky

realizácia projektu: Fournetix