91
BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA JAUNĀ BIOTEHNOLOĢIJA I. Muižnieks, 2013. g.

BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

  • Upload
    charis

  • View
    124

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA. JAUNĀ BIOTEHNOLOĢIJA. I. Muižnieks, 2013. g. ĢENĒTISKI MODIFICĒTI AUGI PĀRTIKĀ Galvenie ģenētiskie elementi, kurus izmanto ĢM augu ieguvē: gēni, to kodētās pazīmes un izcelsme, regulācijas elementi un to darbības īpatnības, - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

JAUNĀ

BIOTEHNOLOĢIJAI. Muižnieks, 2013. g.

Page 2: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ĢENĒTISKI MODIFICĒTI AUGI PĀRTIKĀ

Galvenie ģenētiskie elementi, kurus izmanto ĢM augu ieguvē:gēni, to kodētās pazīmes un izcelsme, regulācijas elementi un to darbības īpatnības,plašāk lietotās vektorsistēmas,augu šūnu transformācijas metodes,augu organismu reģenerācijas metodes;

ĢM augu daudzveidība:galvenajās ĢM augu grupas un to īpašības, bioķīmiskie mehānismi, kuri nodrošina modifikāciju;ĢM augu izplatības dinamiku pasaules lauksaimniecībā.

Jaunās ĢM organismu iegūšanas metodes

ĢM augu izmantošanu regulējošie tiesību akti.

Page 3: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ĢENĒTISKĀS MODIFIKĀCIJAS MOLEKULĀRIE PAMATI

GĒNS - NUKLEOTĪDU SECĪBA,

KAS KODĒ PROTEĪNA STRUKTŪRU

KODĒJOŠĀ DAĻA

P - promoters, nukleīnskābes rajons, kurā sākas gēna informācijas pārrakstīšana par

mRNSO - operators, nukleīnskābes rajons, kas

regulē promotera aktivitātiT - terminators, nukleīnskābes rajons, kurā

tiek pārtraukta gēna transkripcija

PO T

GĒNA DARBĪBU REGULĒ:

Page 4: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Augu šūnas īpatnības:

šūnas siena; organellas; vakuolas; transporta signālsecības

Page 5: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Hloroplastu genoma izmēri - ~ 70 - ~ 220 k.b.p., vidēji 160 k.b.p.

Annals of Botany 103: 625–633, 2009

Page 6: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

http://www.ndsu.edu/pubweb/~mcclean/plsc731/genome/genome8.htm

Augu mitohondriju genoma raksturojums(dzīvnieku – 15 – 18 k.b.p., sēņu – 18 – 78

k.b.p.)

Gēnu plūsma no mitohondrijiem un hloroplastiem uz kodolu

Page 7: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Regulatori

Šūnu un audu tipa specifiskie promoteri Šūnu un audu tips Promoters / Gēns Augs

Lapu floēma un saknes Asus1 Arabidopsis Ziedi un sakņu augšanas zona

CHS15 Phaseolus

Meristēmas Cyc07 Arabidopsis Floēma RTBV Oryza Putekšņi PLAT4912 Nicotiana Izklājējšūnas (tapetum) TA29 Nicotiana

Visā auga organismā aktīvie regulatori:

Promoteri: CaMV 35 S RNA;nopalīna, oktopīna, manopīna sintāžu (nos, ocs, mas ), ubikvitīna, aktīna. NOS-terminators,

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 8: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Inficē Cruciferae, Resedaceae, Solanaceae augu dzimtas, pārnesēji - laputis

CaMV: 50 nm diametra kapsīds, ~ 8030 b.p. ds DNS ar vienpavediena pārrāvumiem,

NS ~16% viriona masas.

CaMV: Cauliflower mosaic virus (puķkāpostu mozaīkas vīruss)

Regulatori

Page 9: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

CaMV replikācija notiek līdzīgi cilvēka B tipa hepatīta vīrusam:

uz DNS matricas tiek sintezēta par genomu garāka 35 S RNS, kuru vīrusa revertāze atkal pārvērš DNS formā.

Regulatori

Page 10: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Promotera patenti pieder Monsanto un Rokfellera universitātei

http://www.patentlens.net/daisy/promoters/ext/navaggregator/navaggr.

Page 11: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Regulatori

Ubikvitīns – visās eikariotu šūnās sastopams neliels (76 aminosk. atlikumi, 8564 Da) proteīns, ar kuru iezīmē proteosomās noārdīšanai paredzētos proteīnus

Patenti: Mycogen, Monsantohttp://www.patentlens.net/daisy/promoters/ext/navaggregator/navaggr.

Page 12: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Regulatori

Aktīns – visās eikariotu šūnās sastopams citoskeleta komponents, kas piedalās šūnas formas veidošanā, kustību un dalīšanās procesos

Page 13: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Alcohol dehydrogenase I (Adh-I) encoded by the alc A gene;transcriptional activator protein AlcR;ethanol, ethyl methyl ketone or other alcohols/ketones act as inducers of the gene expression.Patents - Syngenta

RegulatoriAlkoholdehidrogenāzes promotera inducējama sistēma.Citas inducējamas sistēmas – tet, glikokortikoīdu hormoni, metālu joni, vides stress, gaisma

Page 14: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

htt

p:/

/bio

pharm

inte

rnati

onal.findpharm

a.c

om

/bio

pharm

/art

icle

/art

icle

Deta

i

RegulatoriSēklu specifiski promoteri

Plant Biotechnology Journal (2010) 8, pp. 588–606

Page 15: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

helios.bto.ed.ac.uk/bto/microbes/crown.htm

Regulatori

nos - nopalīna sintēzes gēna terminators no Agrobacterium Ti plazmīdas

Agrobacterium inducētie sakņu audzēji

Agrobacterium Ti plazmīda

Nopalīns

Page 16: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Nesēji - vektorplazmīdas

Selekcionējamie marķiergēni - rezistences

-kanamicīna vai G148 : neomicīna fosfotransferāze (npt II),

-higromicīns B : higromicīna fosfotransferāze (hyg B),

- gentamicīns : gentamicīna acetiltransferāze,

- streptomicīns : streptomicīna fosfotransferāze,

- fosfinotricīns (basta, bioalofoss, glufosināts): fosfinotricīna acetiltransferāze

(pat).

Page 17: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Pēc transgēna iegūšanas slekcijas marķierus vairs nevajag.

Selekcijas marķiera klātbūtne apgrūtina tālāko rīcību ar transgēnu.

Selekcijas marķieris (piem., antibiotiku rezistence) apgrūtina transgēna izmantošanu.

Transgēni augi bez selekcijas marķieriem.

Transformācija bez marķiera vai MAT vektori (multi-auto-transformation).

Nesēji - vektorplazmīdas

Page 18: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Ebinuma. Komamine, 2001

ipt gēns – citokīnu produkcijarol gēns – bārkšsakņu veidošanāsR /Rs – rauga saitspecifiskas rekombinācijas sistēma ar inducējamu promoteru

Page 19: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA
Page 20: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

AUGU TRANSFORMĀCIJAAugu audu un veselu augu apstrāde

makroinjekcija;mērcēšana;apstrāde ar baktērijām vakumā.

Protoplastu apstrādePEG klātbūtnē;ar mākslīgajām liposomām;elektroporācija;sapludināšana.

Augu šūnu un šūnu kultūru apstrādemikroinjekcija;balistiskā (biolistics)

transformācija;agrobaktēriju metodes.

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 21: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Augu transformācijas metodes

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 22: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Augu transformācijas metodesApstrādājot ar celulāzēm un pektināzēm, iegūst augu protoplastus

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 23: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Balistiskā transformācija

Augu transformācijas metodes

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 24: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Balistiskā transformācija

Augu transformācijas metodesĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 25: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Arī dabā agrobaktērijas inficē augus un integrē to hromosomās savu genomu, veidojot t.s. “rētu audzējus” un “bārkšsaknes”.

Agrobaktēriju sistēmaAugu transformācijas metodes

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 26: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Agrobaktēriju sistēmaAugu transformācijas metodes

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 27: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Agrobacterium tumefaciens Agrobacterium rhizogenes

Transformācijas procesu regulē apm. 100 baktēriju gēni:

baktērijas piesasitīšanās pie auga šūnām (adhēzija);

plazmīdas pārnese;plazmīdas nokļūšana šūnas kodolā

(nuclear targeting);integrācijas mērķa secību izvēle

genomā.Insercijas notiek transkripcionāli aktīvā hromatīnā.

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 28: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Agrobaktēriju sistēma

Augu transformācijas metodes

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 29: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

no Escherichia coliAugu transformācijas metodes

Agrobacterium divplazmīdu sistēma. Virulences plazmīda un klonējamo gēnu

kasete

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 30: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Augu transformācijas metodesĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 31: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Auga organisma reģenerācija

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Diferencētas augu šūnas saglabā totipotenci – spēju de- un rediferencēties, reģenerēt veselu auga organismu

Page 32: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Auga organisma reģenerācijaĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 34: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Fitohormoni:

inolil-3-etiķskābe (auksīns)citokinīnigiberelīnietilēnsabscisskābe

Auga organisma reģenerācija

Page 35: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Auksīnu iedarbība(apikālās dominances likvidēšana):

sānsakņu un piesakņu veidošanās;augļu veidošanās;fototropisms;lapu un ziedu krišana;DNS sintēze.

Auga organisma reģenerācija

Page 36: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Fitohormoni

Auksīni

Indoliletiķskābe, IAA;Indolilsviestskābe, IBA;Naftilēnetiķskābe, NAA;

2,4 dihlorfenoksietiķskābe, 2,4-D

Auga organisma reģenerācija

Page 37: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Citokinīnu iedarbība:

šūnu dalīšanās (citokinēze); orgānu attīstība – asnu veidošanās; novecošanas kavēšana, hloroplastu veidošanās; sānu pumpuru veidošanās; āuksīnu inducētās stiepšanās inhibīcija.

Auga organisma reģenerācija

Page 38: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Kinetīni

Fitohormoni

Auga organisma reģenerācija

Page 39: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Giberelīnu iedarbība(līdzība ar augu patogēnās sēnes Giberella fujikuroi = Fusarium moniliforme iedarbību):

sēklu dīgšana; stiepšnās garumā.

Auga organisma reģenerācija

Page 40: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Giberilīni

Fitohormoni

Auga organisma reģenerācija

Page 41: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Auga organisma reģenerācijaFitohormoni

Page 42: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

AUGU KONSTRUĒŠANA

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 43: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

AUGU KONSTRUĒŠANA

ĢM AUGA IEGŪŠANA

Page 44: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ĢM augu šķirņu izveides processĢM augu šķirņu izveides process

Sanie-dzamiemērķi

1-2 gadi1-2 gadi1-3 gadi1-2 gadi1-? gadi 1 gads

Gēnu atrašana un raksturošana

Gēna funkcijas

apstiprināšanaIn planta

Tehnoloģijasizveide

Tehnoloģijasizveide

Tehnoloģijas izveide

Pētījumi Tehnoloģijas izveideLaišana

tirgū

Ražošanasuzsākšana

Ražošanas izvēršana

Ražošanaseksperimenti

6 - 11 gadi

Kritēriji darba rezultātiem katrā posmā• Bioloģiskā un biotehnoloģiskā efektivitāte• Atbilstība likumiskās regulācijas prasībām• Vides, veselības un drošības apsvērumi• Administratīvais un sociālais atbalsts• Sekmīga darbība mēroga palielināšanā (rajonēšana) • Oficiālās izplatīšanas atļaujas saņemšana• Panākumi komercializācijā

Page 45: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ĢM augu šķirņu attīstībaĢM augu šķirņu attīstība

1982 – pirmais ĢM augs – Km-rezistenta tabaka1985 – pirmie lauka izmēģinājumi ar ĢM augiem1990 – pirmā vakcīna no augiem: SpaA proteīns tabakas lapās1992 – sēņu un baktēriju infekciju rezistence augiem1994 – pirmais ĢM augs tirgū – FS tomāti1996 – Bt-kokvilna, kukurūza; herbicīdu rezistenta soja, kokvilna, kukurūza un rapsis1997 – PHB kukurūza (neizdodas attīrīt)1999 – zelta rīss

ĢM augu paauudzes:modeļorganismilabākas audzēšanas tehnoloģijas, herbicīdu, kukaiņu izturībavakcīnas un terapeitiskie proteīnipalielināta pārtikas vērtībaizturība pret sēņu un baktēriju slimībāmizturība pret sausumu un sāls stresu

Page 46: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Pārtika ar uzlabotu uzturvērtību:• tomāti ar paaugstinātu vitamīnu saturu;

• zemesrieksti ar samazinātu alergēnu daudzumu;

• kartupeļi ar uzlabotu cietes sastāvu;

• kvieši ar palielinātu folskābes daudzumu;

• rīsi ar palielinātu A vitamīna provitamīna saturu;

• sojas eļļa ar augstu oleīnskābes saturu;

• rapšu eļļa ar augstu laurīnskābes sāļu saturu.

ĢM PĀRTIKAS VEIDI

Page 47: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

AUGU IZMANTOŠANA BIOTEHNOLOĢIJĀ: PRIEKŠROCĪBAS

1. Šķirņu (ģenētisku marķieru) daudzveidība

2. Liels pēcnācēju skaits

3. Reģenerācijas spējas, fitohormonu vienkāršība

4. Šūnu kultūru īpatnības

5. Ētiski motīvi

Page 48: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

AUGU IZMANTOŠANA BIOTEHNOLOĢIJĀ: TRŪKUMI

1. Šķirņu un kultivāru ģenētiskais neviendabīgums, poliploīdija (kartupeļu

paveidu hromosomu n 24…144)

2. Somatoklonālā variēšana

3. Sarežģījumi ar viendīgļlapjiem

4. Organellu genomu daudzveidība un izmēri

5. Ētiski motīvi

Page 49: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Augļi Dārzeņi Labība Citi augi Koki Puķes Āboli Asparagi Mieži Arabidopsis Eikalipti Pīpenes Apelsīni Tomāti Kukurūza Rāceņi Papeles Krizantēmas Avenes Gurķi Rīss Lini Egles Neļķes Banāni Ķirbji Rudzi Lupīna Priedes Kalenhoe Bumbieri Pupas Auzas Pipari Petūnijas Dzērvenes Burkāni Kvieši Kokvilna Gerānijas Ķirši Kāposti Prosa Rapsis Gerberas Kivi Brokoļi Belladonna Rozes Melones Ziedkāposti Lakrica

Olīves Cigoriņš Saulespuķes Papaija Batātes Tabaka Plūmes Rutki Soja Vīnogas Kartupeļi Cukurbietes Zemenes Zirņi Kabači

ĢM augu daudzveidība

Page 50: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Global Review of Commercialized Transgenic Crops. Clive James, Jan. 2012, ISAAA

Page 51: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ĢM augu audzētājas valstis, 2012

Salīdzinot ar 2011. gadu, audzētāju skaitam pievienojušās Kuba un Sudāna, audzēšanu pārtraukušas Vācija, Polija un Zviedrija

Page 52: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Augi M haSoja 100,0Kukurūza 159,0Kokvilna 30,0Rapsis 31,0

Daļa kopproduktā81%35%81%30%

M ha89,326,332,3

Herbicīdu toleranceKukaiņu rezistence

Kombinētas īpašības

Īpašības

Galvenās ĢM augu grupas, 2012

Page 53: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Augi Varianti HerbTol/InsRes/Both/Comp. Mērķis Kokvilna 6 +1 2/2/2/0 Pārtika, barība Kukurūza 21 + 5 3/9/14 Pārtika, barība,

audzēšana (2)

Kartupeļi 2 0/0/0/1 Pārtika, barība, audzēšana

Rapsis 3 + 5 3/0/0/1 Pārtika, barība Soja 3 3/0/0/0 Pārtika, barība Cukurbietes 1 1/0/0/0 Pārtika, barība

Ap 90 pieteikumi tiek izskatīti

ĢMO, kas atļauti lietošanai ES valstīs pārtikā un dzīvnieku barībā,

2010.

Page 54: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

HERBICĪDU TOLERANCE - IZPLATĪTĀKAIS MODIFIKĀCIJAS VEIDS

HOOC NH

PO3H2

Raundaps, (gliofosfâts) MI/12/4522

Page 55: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

HERBICĪDU TOLERANCE - IZPLATĪTĀKAIS MODIFIKĀCIJAS VEIDS

REZISTENCE PRET RAUNDAPU - MODIFICĒTS EPSP SINTETĀZE

Roundup Ready augos klonēta glifosāta nejūtīga EPSP sintetāzes forma no Agrobacterium sp. CP4.

Page 56: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

HERBICĪDU TOLERANCE - IZPLATĪTĀKAIS MODIFIKĀCIJAS VEIDS

Fosfinotricīns ir vairāku herbicīdu sastāvā, tas kavē glutamīna sintēzi no glutamīnskābes. Fosfinotricīnu

inaktivē no baktērijām iegūstams enzīms pat (fosfinotricīna acetiltransferāze) vai bar (bialofosa

rezistence) no Streptomyces hygroscopicus

Fosfinotricīns (glufosināts)

Glutamīnskābe

Page 57: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Br

OH

Br

CN

Buktrils (bromoksinils),

inhibç fotosistçmu II, kontakt- iedarbîba, herbicîds, kuru izmanto kokvilnas, kartupeïu

un tabakas kultûrâs MI/12/1465

BXN kokvilna: Buktrilu noârdoðs ferments no Klebsiella ozaenae

HERBICĪDU TOLERANCE - IZPLATĪTĀKAIS MODIFIKĀCIJAS VEIDS

Page 58: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Bacillus thuringiensis

toksīna kristāls

JAUNAS, TEHNOLOĢISKI NODERĪGAS ĪPAŠĪBAS AUGIEM, PIEM., REZISTENCE PRET KUKAIŅIEM

TRANSGĒNU BIOTEHNOLOĢIJA

Page 59: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Gēns Kristāla forma Proteīna molmasa Toksiskums cry I; A(a), A(b), A(c), B, C, D, E, F, G

Dubultpiramīda 130 -138 kDa Lepidoptera

cry II; A, B, C Kubs 71, 71, 69 kDa Lepidoptera and Diptera

cry III ; A, B, B(b) Plakans, neregulārs

73, 74, 74 kDa Coleoptera

cry IV; A, B, C, D Dubultpiramīda vai apaļš

134, 128, 78, 72 kDa

Diptera

cry V - cry X Variabls 129, 73, 35, 38 Various groups

Bt toksīnu tipi

Page 60: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ĢM AUGI LAUKSAIMNIECĪBĀ

Bt TOKSĪNA TOKSISKUMS ŽURKĀMAgrochemical and Environmental News, April 2001, Washington State University,

USA

Page 61: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Pārbaudes lauksaimniecībā

•Kukurūza, kas rezistenta pret Āzijas graudu dūrēju

•Rīss, kas rezistents pret baktēriju izraisītu puvi

SagatavošanāSagatavošanā

Page 62: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Siltumnīcā• papaja ar aizkavētu

nogatavošanos• vīrusu rezistenta papaja

Laboratorijāmango ar aizkavētu

nogatavošanostungro vīrusa rezistents rīss ar vitamīnu A bagātināts rīsspret cerošanās slimību rezistenti

banāni

SagatavošanāSagatavošanā

Page 63: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Zelta rīssZelta rīss

Rīsā pārnesti divi gēni no narcisēm un viens no baktērijām. Šo gēnu komplekss sintezē -karotīnu no

geranil-geranil difosfāta, savienojuma, kas rīsos parasti tālāk netiek izmantots.

Page 64: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Pret rizomānijas vīrusu rezistentas cukurbietes

Auga genomā klonēts rizomānijas vīrusa kapsīda proteīns, kura ekspresija aptur vīrusa replikāciju

Page 65: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Antisens – tehnoloģija gēnu apklusināšanai

Kopš 2010. gada marta ES atļauts izmantot un audzēt kartupeļus ar uzlabotu cietes sastāvs – apgriezts ar granulām saistītā cites sintāzes (gbss) gēns

Page 66: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Jaunās pieejas augu genoma modifikācijai

Virus-induced gene silencing

A. Purkayastha, I. Dasgupta / Plant Physiology and Biochemistry 47 (2009) 968 967–976

Page 67: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Jaunās pieejas augu genoma modifikācijai

Virus-induced gene silencing

A. Purkayastha, I. Dasgupta / Plant Physiology and Biochemistry 47 (2009) 968 967–976

Page 68: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Jaunās pieejas augu genoma modifikācijai

Zn-pirkstu nukleāzes

Genes VII, Lewin B., 2005, p. 276/382

Page 69: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Jaunās pieejas augu genoma modifikācijai

Zn-pirkstu nukleāzes

Zinc-finger nucleases as gene therapy agents, D Carroll, 2008

Modificēta FokI endonukleāze

Page 70: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Transcription activator like effectors (TALEs) (Boch et al. 2009; Moscou and Bogdanove 2009).TALEs are produced by plant pathogens in the genus Xanthomonas, which deliver the proteins to plant cells during infection

Proteīna-DNS mijiedarbībasspecifiskums TALE efektorā

Jaunās pieejas augu genoma modifikācijai

TALE faktori

Christian M. et al., Targeting DNA Double-Strand Breaks with TAL Effector Nucleases, Genetics 186: 757–761 (October 2010)

Page 71: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeat)Cas (CRISPR-associated) genes,

CRISPR-based adaptive immune systems Terns and Terns, 2011

Jaunās pieejas augu genoma modifikācijai

CRISP-Cas

Page 72: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Mali P. et al. RNA-Guided Human Genome Engineering via Cas9. Science, V339, p. 824, 2013

Jaunās pieejas genoma modifikācijai

CRISP-Cas

Page 73: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ĢM REGULĒJOŠO TIESĪBU AKTU ATTĪSTĪBA PASAULĒ

ASV1973. gads, jūnijs – 170 vadošo zinātnieku aicinājums uz moratoriju gēnu inženierijas pētījumiem

1975. gads, februāris – Asilomaras konference, pirmie noteikumi par darbu ar ĢMO

1978. gads – RAC noteikumi par ĢMO izmantošanu ASV, IRC institūciju izveidošanās

Page 74: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Rio Deklarācija (1992) nosaka piesardzības principu vides

aizsardzībā:

Ja ir nopietna vai neatgriezeniska kaitējuma draudi, zinātnes nespēju dot viennozīmīgus ieteikumus nedrīkst izmantot par iemeslu, lai atliktu ekonomiski pamatotus, vides degradāciju kavējošus

darbus.

Page 75: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

KARTAHENAS PROTOKOLS PAR BIOLOĢISKO DROŠĪBU, KAS PIEVIENOTS

KONVENCIJAI PAR BIOLOĢISKO DAUDZVEIDĪBU

Publicēts: Vēstnesis 22 11.02.2004 Saeima ir pieņēmusi un Valsts

prezidents izsludina šādu likumu:

PAR KARTAHENAS PROTOKOLU PAR BIOLOĢISKO DROŠĪBU, KAS PIEVIENOTS KONVENCIJAI PAR

BIOLOĢISKO DAUDZVEIDĪBU 1.pants. 2000.gada 29.janvāra Kartahenas protokols par bioloģisko drošību, kas pievienots Konvencijai par bioloģisko daudzveidību (turpmāk –– Protokols), ar šo likumu tiek pieņemts un apstiprināts.

Page 76: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Kartahēnas protokolu, jeb vienkārši sakot – Protokolu, parakstīja 2000. gada 29. janvārī, jau agrāk, 1992. gada pieņemtās Bioloģiskās daudzveidības (t.s. Rio) konvencijas ietvaros. Tas stājās spēkā tikai 2003. gada 11. septembrī, 90 dienas pēc tam, kad to bija ratificējusi piecdesmitā dalībvalsts. 2004. gada jūnijā Protokolu ir parakstījuši 100 valstu pārstāvji. taču to vidū nav lielākie ĢMO audzētāji – ASV, Argentīna un Kanāda. Nav jau arī brīnums, jo atšķirībā no Pasaules Tirdzniecības organizācijas (PTO) noteikumiem, kuru pamatā ir princips, ka jebkuram ierobežojumam jābalstās uz „drošiem zinātniskiem pamatiem”, Protokols izmanto Rio deklarācijā noteikto piesardzības principu, kurš liedz rīkoties tad, ja pastāv zinātniski pamatojamas aizdomas par riska iespējām. Citiem vārdiem sakot, PTO noteikumi pieļauj ierobežojumus ĢM pārtikas eksportam un ĢMO izplatīšanai, ja ir pierādīts, ka tie var radīt kaitējumu, Kartagēnas protokols – tad ja nav pierādīts, ka tie ir nekaitīgi.

KARTAHENAS PROTOKOLS

Page 77: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Atzīstot modernās biotehnoloģijas (gēnu inženierijas) potenciālo spēju uzlabot dažādu, arī saimnieciski nozīmīgu organismu īpašības, Protokola mērķis tomēr ir nepieļaut darudus dabas daudzveidībai, kurus, iespējams, spēj radīt dzīvi ĢM organismi (ĢMO).

Protokols aicina visas to parakstījušās valstis izveidot Bioloģiskās drošības informācijas centrus (Biosafety Clearing House), lai savstarpēji apmainītos ar pieredzi, saskaņotu nacionālos likumus un noteikums un veicinātu protokola normu ieviešanu rīcībā ar ĢMO. Arī Latvijā ar Apvienoto Nāciju Vides Programmas atbalstu ir izveidots šāds informācijas apmaiņas centrs. Pusotru gadu ilgušais projekts „Latvijas Republikas nacionālās bioloģiskās drošības satvara sistēmas izveide”, kuru vadīja Dr. Jānis Ancāns beidzas šā gada jūlijā un tā rezultāti ir aplūkojami internetā http:// www.biosafety.lv

Noteikts, ka katrā dalībvalstī jānozīmē atbildīgā institūcija un Nacionālais centrs, kas būtu atbildīgs par Kartahēnas protokola normu ieviešanu un ziņotu par notiekošo Starpvaldību komitejai, kura izveidota īpaši šim mērķim.

KARTAHENAS PROTOKOLS

Page 78: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ES tiesību aktiES tiesību aktiEiropas Savienībā svarīgākie tiesību akti ir regulas, direktīvas un lēmumi.Terminu skaidrojums:regula - ir tiesību akts, kas uzliek saistības kopumā un ir tieši jāpiemēro visās dalībvalstīs;direktīva - ir tiesību akts, kas uzliek saistības dalībvalstīm attiecībā uz mērķiem, kas jāsasniedz, taču valstu varas iestādēm ir tiesības pašām izvēlēties līdzekļus šo mērķu sasniegšanai. Direktīvas dalībvalstis pārnes nacionālajā likumdošanā (Latvijā – likumi, Ministru kabineta noteikumi u.c. normatīvie akti);lēmums- ir tiesību akts, kas uzliek saistības tiem, kam tie adresēti. Lēmumi var būt adresēti visām dalībvalstīm, kādai atsevišķai dalībvalstij, arī uzņēmumiem vai privātpersonām.

Page 79: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ES tiesību akti par ĢMOES tiesību akti par ĢMO

1990ES DIREKTĪVA 219/92 - PAR ĢMO KONTROLĒTU IZMANTOŠANUES DIREKTĪVA 220/92 -PAR ĢMO IZPLATĪŠANU DABĀ• iepriekšējas atļaujas nepieciešamība un

vides riska novērtējums pirms ĢM augu lauka izmēģinājumiem, rūpnieciskas audzēšanas vai pārdošanas;

• obligāta marķēšana

Page 80: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

1997Regula (EC) Nr 258/97

JAUNĀ PĀRTIKA, PIEDEVAS, BAGĀTINĀTĀJI

Pienākums pirms laist tirgū produktus, kuriem nav pierādītas drošas izmantošanas vēstures sniegt pieteikumu un saņemt atļauju ES dalībvalstīs;

Būtiskās atbilstības (substantial equivalence) princips

Obligāta marķēšana

ES tiesību akti par ĢMOES tiesību akti par ĢMO

Page 81: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Regula (EC) Nr 258/97 prasa marķēt

• produktus, kas sastāv no vai satur ĢMO;

• pārstrādātus no ĢMO iegūtus produktus, kuri nav ekvivalenti esošiem produktiem attiecībā uz to kompozīciju, barības vērtību vai paredzamo izmantošanu pārtikā;

• produktus, kuri satur sastāvdaļas, kas var ietekmēt kādas iedzīvotāju daļas veselību;

• produktus, kuri satur sastāvdaļas, kas var radīt ētiskas problēmas.

ES tiesību akti par ĢMOES tiesību akti par ĢMO

Page 82: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

1998

Regula (EC) No 1139/98 nosaka, ka ir atšķirība starp produktiem, kas satur ģenētiski modificētu DNS un no tās iegūtos proteīnus (nav DNS – nav marķējuma) 2000

Regula (EC) No 49/2000 nosaka 1% pieļaujamo robežkoncentrāciju ģenētiski modificētam materiālam, ja tiek pierādīts, ka tā klātbūtne produktā ir nejauša

ES tiesību akti par ĢMOES tiesību akti par ĢMO

Page 83: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Līdz 1998. g. atļaujas saņēma ap 10 ĢMO, lielākoties tikai lietošanai pārtikā un lopbarībā, tomēr trīs Bt-kukurūzas šķirnes atļauj kultivēt.

Nav komerciālas dabas izmantošana lauksaimniecībā

izņemot ~30.000 ha kukurūzas SpānijāMoratorijs 1998/1999 – 2002/2003 WTO un ASV spiediensLielveikalos praktiski neatrast ĢM pārtiku 2/3 lielo pārtikas ražotāju un vairumtirgotāju turas pi ne-ĢMO politikasPārdošanā lieli ĢM lopbarības krājumi

(soja, kukurūzas lipeklis >15 Mio t) jāmarķē no 2004. g. 18. aprīļa, tomēr produkti, kas iegūti no ar šādu barību ēdinātiem dzīvniekiem, jāmarķē nav.

ES tiesību akti par ĢMOES tiesību akti par ĢMO

Page 84: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Direktīva 2001/18/EC

Par ĢMO apzinātu izplatīšanu vidē

aizstāj veco Direktīvu 90/220/EEC ar 2002. g. 17.10.

Prasa:

• atrašanas un identificēšanas metožu aprakstu;

• katra GMO individuālu izpēti;

• atteikšanos no antibiotiku rezistences marķieru lietošanas;

• moitoringu pēc komercializācijas sākšanās.

ES tiesību akti par ĢMOES tiesību akti par ĢMO

Page 85: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ĢMO un ĢM PĀRTIKAS APRITI ES REGULĒ:

Eiropas Parlamenta un Padomes Regula (EEK) Nr. 258/97 (1997. gada 27. janvāris), kas attiecas uz jauniem pārtikas produktiem un jaunām pārtikas produktu sastāvdaļām

Eiropas Parlamenta un Padomes Regula (EK) Nr. 1829/2003 (2003. gada 22. septembris) par ģenētiski modificētu pārtiku un dzīvnieku barību

Eiropas Parlamenta un Padomes Regula (EK) Nr. 1830/2003 (2003. gada 22. septembris) par ģenētiski modificētas pārtikas un barības izsekojamību un marķēšanu

Page 86: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ĢM pārtikas un barības marķēšanas noteikumi kopš 2004. g. aprīļa

Produkts Ir Bija Piemēri %

ĢMO Jā Jā kukurūza, soja 0,9 ĢM pārtika un barība, kurā var atrast modifikāciju (obv. vai DNS) DNA)

Jā Jā čipsi, milti 0,9

ĢM pārtika un barība, kurā modifi-kāciju vairs atrast nevar

Jā Nē ciete, eļla 0,9

Lopbarība Jā Nē kukurūza, soja gluten

0,9 Ar ĢM barotu dzīvnieku produkti Nē Nē gaļa, piens - Piedevas, kas iegūtas ar kontrolēti lietotu ĢMO palīdzību

Nē Nē enzīmi, vitamīni -

Piedevas, kas iegūtas no ĢMO Jā Jā himozīns 0,9

Page 87: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Līguma 174. - 176. pants ir veltīts vides politikai.Par ES vides tiesību pamatprincipiem tiek uzskatīti:

augsta līmeņa aizsardzības princips;piesardzības princips;preventīvas darbības princips;cēloņa princips;princips piesārņotājs maksā;drošības klauzulas princips.

Viens no nozīmīgākajiem ES vides tiesību principiem, kas nav tieši minēts Līgumā, bet kura esību nosaka ES politika un dalībvalstu tiesību sistēmas ir vides informācijas pieejamības princips

Vides un ĢMO tiesību aktu sasaiste ES

Page 88: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

ES un nacionālās likumdošanas sasaiste

Apzinātās izplatīšanas direktīva 2001/18 Atļaujas, riska novērtēšana, monitoringa, izņemšanas un ārkārtas situāciju novēršanaLauka izmēģinājumi (B daļa) un komercializācija (C daļa), vispārējas prasības marķēšanai

nacionālais ĢM likums2001/18 adaptācija plus atbildība par labo saimniekōšanas praksi lauksaimniecībā un līdzāspastāvēšanas nosacījumiCivīltiesību un

atbildības vispārējās normas

Pārtikas un barības regula 1829/2003Atļaujas un marķēšana

Izesekojamības un marķēšanas regula 1830/2003

Tiek izmantots bez adaptācijas

Page 89: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

9.pants. Ministru kabineta kompetence vides aizsardzībā un dabas resursu izmantošanā

14) nosaka ģenētiski modificētu organismu ierobežotas izmantošanas, apzinātas izplatīšanas vidē un tirgū, kā arī monitoringa kārtību;

17.1 pants. Sabiedrības tiesības uz vides informāciju un šīs informācijas pieejamībaSabiedrībai ir tiesības saņemt no valsts institūcijām un pašvaldībām vides informāciju — jebkuru informāciju rakstiskā, vizuālā, audio, elektroniskā vai citā formātā par:1) vides stāvokli, arī informāciju par ūdeni, gaisu, augsni, zemes dzīlēm, floru, faunu, dabas teritorijām un ainavām, bioloģisko daudzveidību, sugām un biotopiem un šo komponentu mijiedarbību, kā arī informāciju par ģenētiski modificētajiem organismiem;

Par vides aizsardzību

Latvijas Republikas tiesību akti

Page 90: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Latvijas Republikas Ģenētiski modificēto organismu aprites likums (spēkā ar

19.12.2007.)

grozījumi 2009. g. 18. jūnijā Mērķis

nodrošināt ĢMO drošu apriti, novēršot negatīvo ietekmi uz cilvēku un dzīvnieku veselību vai vidi, saglabājot bioloģisko daudzveidību, veicinot ilgtspējīgas lauksaimniecības un biotehnoloģijas attīstību, arī ĢM kultūraugu pastāvēšanu līdztekus bioloģiskajai un konvencionālajai lauksaimniecībai

Grozījumi: 26.1 pants. Prasības attiecībā uz tādu pārtikas produktu tirdzniecību, kuri satur ģenētiski modificētos organismus, sastāv vai ir iegūti no tiem

Pārtikas produktus, kuru marķējumā saskaņā ar normatīvajiem aktiem ir ietverta norāde par to, ka šie produkti satur ģenētiski modificētos organismus, sastāv vai ir iegūti no tiem, tirdzniecības vietās pārdošanai novieto savrup no citiem pārtikas produktiem tādā veidā, lai tie būtu viegli identificējami.

Page 91: BIOTEHNOLOĢIJA III : REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJA

Ministru kabineta noteikumi:• Ģenētiski modificēto organismu ierobežotās izmantošanas un

atļaujas izsniegšanas kārtība (Nr.784, 22.09.2008);• Kārtība, kādā ģenētiski modificētos organismus izplata vidē vai

tirgū, monitoringa un atļaujas izsniegšanas kārtība, kā arī kārtība, kādā sniedzama informācija par ģenētiski modificēto organismu apriti un sabiedrības iesaistīšanu lēmumu pieņemšanas procesā (Nr. 457, 26.05.2009);

• Ģenētiski modificēto organismu riska novērtēšanas metodoloģija (MK Nr. 1078, 22.12.2008);

• Kārtību, kādā apmērā maksājama valsts nodeva par ģenētiski modificēto organismu riska novērtējuma atzinuma sagatavošanu, kā arī tās samaksas kārtība (iesniegts VK);

• Ģenētiski modificēto organismu uzraudzības padomes nolikums (Nr. 783, 22.09.2008);

• Noteikumi par prasībām ģenētiski modificēto kultūraugu līdzāspastāvēšanas nodrošināšanai, kā arī uzraudzības un kontroles kārtību (Nr. 30, 15.01.2008)