Geneticky modifikované organizmy

Čo sú to genetické modifikácie

Hlavná stránka Vzdelávanie Čo sú to genetické modifikácie
English language

 

Genetická modifikácia je vedomý zásah človeka do genetickej informácie (genetického materiálu, resp. genómu) živého tvora. Zaužíval sa výraz: geneticky modifikované (teda zmenené) organizmy, čo nie je celkom výstižné, pretože geneticky zmenený je vlastne každý - pohlavným rozmnožovaním vzniknutý - organizmus. V zahraničí sa používajú výrazy: genetické inžinierstvo, moderné resp. nové biotechnológie.

Genetický materiál je vysoko organizovanou štruktúrou, ktorej náhodné a potom trvalé zmeny (mutácie) sa v prirodzenom prostredí vyskytujú zriedka, no nie výnimočne. Keďže charakter mutácií je náhodný, väčšina z nich má tendenciu byť pre organizmus selekčne nevýhodná (chybné riešenia v prírode neprežijú - tzv. selekcia, čiže výber).

 

Myšlienkou trvalého ovplyvnenia vlastností, najmä rastlín, ale i živočíchov, sa človek zaoberá od nepamäti. Vedecká práca a vedecké metódy však prakticky až v priebehu dvadsiateho storočia dosiahli úroveň, umožňujúcu systematické a rýchle napredovanie aj v tejto oblasti. Odborníci sa postupne naučili vyvolávať mutácie umelo pomocou látok, nazývaných mutagény.

Najznámejšia kategória mutagénov sú tzv. fyzikálne mutagény. Sem patria väčšinou rôzne druhy žiarenia (Rőntgenovo žiarenie, ultrafialové alebo UV žiarenie, ...). Takto boli vytvorené napríklad odrody sladovníckeho jačmeňa, jabĺk Jonatan. Rovnako u osôb, vystavených prenikavému žiareniu po explózii atómovej bomby nad Japonským mestom Hirošima počas Druhej Svetovej vojny, boli zistené mutačné procesy, ktoré doznievali - hoci v menšej miere - ešte v ďalších generáciách. Prejavovali sa tak, že sa ženám aj v druhej až tretej generácii po ožiarení rodili telesne silne postihnuté deti - bez končatín, s deformovanými časťami tela, mentálnym postihnutím alebo aj mŕtve. Výskumy potvrdzujú, že človek sa jednoduchšie vysporiada s dlhšie pôsobiacimi malými dávkami žiarenia, ako s okamihovým nárazom silnejšej dávky. Súvisí to pravdepodobne s určitým reakčným časom, ktorý potrebuje organizmus na naštartovanie akejsi "antimutačnej ochrany" a na vysporiadanie sa s anomáliou.

 

Iným typom mutagénov sú chemické mutagény. Pre zaujímavosť, prvým známym chemickým mutagénom bol bojový plyn yperit, ktorý vyvoláva poškodenia podobné chorobe z ožiarenia. Mutagénny účinok bol dokázaný aj u karbonylových zlúčenín, fenolov a u mnohých iných, najmä tých, ktoré majú podobnú chemickú štruktúru ako bázy DNA (A, G, T, C). Nie je ich málo. Výskum stále pokračuje a zisťuje sa, že chemických mutagénov v životnom prostredí neustále pribúda. Dokonca existujú zlúčeniny, ktoré nepôsobia priamo na DNA, ale napríklad iba ovplyvňujú reparáciu jej poškodenia (kofeín).

 

Osobitou skupinou mutagénov sú biologické mutagény. Môže ísť napríklad o gény, ktoré svojím účinkom zvyšujú počet mutácií na iných génoch (mutátory), no biologické mutagény prichádzajú i z externého prostredia organizmu. Sú nimi rôzne vírusy, ktoré spôsobujú tzv. inzerčnú mutagenézu začlenením sekvencií ich genetického materiálu do DNA napadnutých buniek. Funguje to presne tak, ako pri vírusoch počítačových.

Podobne ako pri vírusoch, začal človek dvadsiateho storočia experimentovať s genetickým materiálom živých organizmov. Najprv si "vzal na mušku" samotné vírusy a baktérie, potom rastliny a živočíchy. Podstatou genetickej modifikácie je vloženie určitej sekvencie genetickej informácie jedného organizmu do genómu iného - druhovo nepríbuzného organizmu. Produktom takejto modifikácie boli napríklad mrazuvzdorné rajčiaky, nízkoeruková repka, alebo špeciálne odolné laboratórne myši.

 

Už sme spomenuli, že človek sa oddávna snažil ovplyvňovať vlastnosti rastlín a živočíchov, ktoré potreboval. Najprv len „riadením" prirodzeného výberu, neskôr zámerným krížením a zhruba do konca osemdesiatych rokov dvadsiateho storočia aj umelým vyvolávaním mutácií. Toto boli vlastne prvé modifikácie, chápané v samej podstate slova. Z tohto hľadiska je vlastne každý nový organizmus voči rodičom geneticky zmenený - modifikovaný, avšak viac-menej prirodzenou cestou.

 

Nové myšlienky (vtedy ešte skôr v oblasti science fiction) sa začali naháňať hlavami genetikov, keď biológ James Watson a fyzik Francis Crick v roku 1953 vytvorili model DNA. Vtipy typu: skrížiť kura so stonožkou, aby malo sto stehien, urobiť mačkopsa, aby strážil a chytal myši a pod. boli na obzore ako realita. Trvalo ešte necelých dvadsať rokov, kým bol objavený tzv. reštrikčný enzým, ktorým sa dala DNA deliť na čiastočky - segmenty. Potom už bolo len vecou techniky preniesť tieto čiastočky z chromozómu jedného organizmu do iného a sny sa začali realizovať. Od roku 1972 sa roztrhlo vrece so senzačnými správami o unikátnych prenosoch segmentov génov, v osemdesiatych rokoch prenosy stratili nádych senzačnosti a dnes sú transgenézy predmetom diplomových prác vysokoškolákov. Takže keď dnes hovoríme o geneticky modifikovaných organizmoch, myslíme tým génovo-technicky, laboratórne, umelo upravené genetické informácie nových organizmov. Zaužívala sa skratka GMO, resp. LMO (Geneticaly Modified Organisms, resp. Living Modified Organisms).

 

GMO sú organizmy, ktorým bol upravený genofond tak, že zložitými technickými postupmi im bola odobratá, vymenená, obrátená, najčastejšie však pridaná časť chromozómu. Pritom táto nová časť chromozómu vôbec nemusí byť z podobného či príbuzného organizmu. Celé chromozómy musia byť pri vzniku nového organizmu „kompatibilné", ale jednotlivé gény môžu byť z hocičoho iného. Veď je to len zopár molekúl zo štvorice nukleotidov. Takouto hybridizáciou sa podarilo „vyrobiť" rôzne chiméry: mrazuvzdorný zemiak pomocou génu, preneseného zo severomorskej ryby; zemiak, kukurica a bavlník, ktoré samy hubia svojich škodcov, pretože produkujú látku škodlivú pre hmyz, ktorú tvoria vďaka génu prenesenému z baktérie druhu Bacillus thuringiensis (tzv. Bt-toxín, rastliny sú potom označované ako Bt); sóju, repku olejnú a iné plodiny odolné voči niektorým herbicídom, pričom túto vlastnosť získali od pôdnych baktérií Streptomyces; zemiak, tvoriaci škrob úplne iných vlastností ako bežný; rajčiak, ktorý dozrieva až keď „dostane príkaz" tým, že je uskladnený v etylénovej atmosfére; repku olejnú, ktorej olej obsahuje zložky aj iných olejnín, napr. z vavrínu ... a pod.

Genetické technológie sa uplatňujú aj v iných odboroch ako potravinárstvo. Príkladom je humánna medicína: existujú mikroorganizmy, ktoré namiesto svojho pôvodného produktu produkujú inzulín, potrebný pre cukrovkárov; repka olejná, z oleja ktorej sa získava látka zabraňujúca zrážaniu krvi (potrebná napr. pri operáciách srdca) a ovocie so zvýšeným obsahom vitamínov. Už dnes existujú (utajované) chovné stanice, kde sa chovajú ošípané opatrené ľudskými génmi, z ktorých telesné orgány sa budú môcť transplantovať ľudským pacientom; pripravené sú postupy, ktorými sa napr. mužom, ktorí majú dedičné predpoklady na ochorenie na rakovinu prostaty implantujú gény samozničenia rakovinných buniek.

 

V blízkej budúcnosti sa očakávajú nové transgénne rastliny napr.: rajčiaky a banány, ktorých konzumácia bude človeka imunizovať a chrániť proti zubnému kazu, nachladnutiu, hepatitíde B a pod.; kôstkoviny, odolné proti zmrznutiu kvetov a proti vírusovým chorobám; rastliny, schopné rásť na zasolených pôdach; zemiaky, odolné voči baktériovým a vírusovým chorobám, alebo produkujúcim škrob, z ktorého sa budú vyrábať plastom podobné látky, využiteľné napr. ako obalové hmoty, ktoré sa po použití dajú kompostovať; liečenie dedičných chorôb ľudí (presnejšie povedané ich identifikácia v niekoľko týždňovom plode a následná náprava) je už v štádiu úspešných pokusov.

 

Pomerne jednoducho sa napíše, že gén sa prenesie, odstráni, obráti, ale nie je to len tak: odrezať a priklincovať. Postupy sú mimoriadne náročné, mnoho razy sa robia za pomoci robotov a počítačovej techniky, na špeciálnych zariadeniach.

Najčastejšie sa modifikujú rastliny, ako zdroj nových potravín. Preto v ďalšom texte budeme hovoriť o nich, ale to, čo je nižšie uvedené, platí aj pre mikroorganizmy a živočíchy, prípadne i pre človeka.

Na to, aby sme sa mohli pustiť do nejakých úprav, musí byť najprv dobre zmapovaný genóm záujmového organizmu. To znamená, že musíme vedieť, na ktorom chromozóme a na ktorom jeho mieste je uložený gén tej - ktorej vlastnosti či znaku. U poľnohospodárskych rastlín sú genómy dosť dobre zmapované. Potom sa vytypuje vlastnosť, ktorú chceme u nejakého organizmu dostať.

Ak chceme „len" niečo odstrániť, možno sa na to podujať priamo. Treba nájsť gén, ktorý má zodpovedá za sledovanú vlastnosť a dostať ho preč. Z buniek sa laboratórnymi postupmi extrahujú chromozómy (DNA) a hľadá sa spôsob, ako patričným enzýmom roztrhnúť ten správny chromozóm na tom správnom mieste, odlúčiť nežiadúci gén a DNA zasa spojiť a vrátiť do bunky.

 

Ak chceme do organizmu vložiť novú vlastnosť, vytypuje sa „darca" vlastnosti, teda taký organizmus, z ktorého požadovanú vlastnosť možno preniesť. Netreba vôbec hľadieť na to, či je z rastlinnej či živočíšnej ríše, alebo či je to mikroorganizmus. Treba však zasa poznať jeho genóm, treba zistiť, kde je ten vzácny gén.
(Ak hovoríme o poznaní genómu, myslíme tým jeho čiastočnú znalosť. Genómová mapa totiž obsahuje - podľa počtu chromozómov - až milióny položiek, ktoré treba odhaliť neľahkým spôsobom, čo trvá roky.)

Ak sa teda rozhodneme vytvoriť napríklad zemiak, ktorý si sám bude tvoriť látku, ktorou bude hubiť pásovku zemiakovú, použijeme ako prijímateľa zemiak vhodnej odrody a ako darcu gén baktérie Bacillus thuringiensis. Tento bacil je všeobecný postrach hmyzu, lebo mu spôsobuje poruchu trávenia so smrteľným koncom, čo sa využíva aj v boji proti hmyzu, napríklad rozprašovaním namnožených bacilov. Pripraví sa dostatok zdravých buniek príjemcu a zároveň sa namnoží dostatok príslušnej DNA darcu (množstvá sa pohybujú v mililitroch). Potom možno začať prenášať. U rastlín sa najčastejšie používajú tieto metódy:

Po každom pokuse - a robí sa ich veľa, lebo úspešnosť je pomerne malá - treba zistiť, či sa prenos podaril. Aby sa urýchlilo skúšanie, prenášaný gén má ešte „značkovače" - markery. U rastlín sa ako marker najčastejšie používal gén rezistencie na kanamycín, antibiotikum známe aj ako ampicilín. Po protestoch rôznych odborníkov, ktorí argumentovali, že by používanie takýchto rastlín mohlo vyvolať problémy s odolnosťou mikroorganizmov na antibiotiká, používajú sa iné markery.

Ak sa podarí získať to, čo bolo cieľom, treba urobiť ďalšie skúšky, teraz už ale s perspektívou možného použitia. Hodnotenie možného vplyvu nového organizmu na iné organizmy a vôbec na životné prostredia sa robí vlastne len teoreticky, pretože sa prakticky nedá vyskúšať. Pri potravinách, obsahujúcich suroviny z GMO, sa robia testy na možný vznik alergií, prípadne na nejaké iné, ihneď zjavné vplyvy na človeka tak, ako u iných potravín.

 

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

realizácia projektu: Fournetix