SADRAJUVOD Nauka budunosti ................................................................. BIOTEHNOLOGIJA ........................................................................ OSNOVNI POJMOVI ...................................................................... OSNOVNI PRAVCI ISTRAIVANJA ........................................... OSNOVNA PODJELA BIOTEHNOLOGIJE ................................. Oblasti biotehnologije ........................................................... TRADICIONALNA BIOTEHNOLOGIJA ..................................... Selekcija i oplemenjivanje ivotinja ..................................... Selekcija i oplemenjivanje biljaka ........................................ Oplemenjivanje suncokreta .................................................. SAVRENENA BIOTEHNOLOGIJA ............................................. GENETIKO INENJERSTVO ................................................... Istraivanja na bakterijama .................................................. Rekombinantna DNA .......................................................... Genetiko inenjerstvo u oplemenjivanju biljaka 1. Kultura embriona i meristema ........................................ 2. Kuzltura elija i tkiva .................................... ................. 3. Kultura antera i polena .................................................. 4. Fuzija protoplasta .......................................................... KLONIRANJE Tehnika kloniranja ............................................................. Vektori za kloniranje ......................................................... Izolovanje fragmenta DNA za kloniranje .......................... Pretraivanje DNA biblioteke ...................................... ..... RAZVOJ PRVIH BIOTEHNOLOKIH KOMPANIJA ......... ISTRAIVANJA U BIOTEHNOLOGIJI ............................... 15 Istraivanja genoma (genomics) .................................... Istraivanja proteina (proteomics) ................................. DOBIJANJE ANTIBIOTIKA ............................................. .... Farmacija i dizajn lijekova ........................................... SEKVENCIONIRANJE LJUDSKOG GENOMA ................. BIOINFORMATIKA .......................................................... ... PRIMJENA BIOTEHNOLOGIJE .......................................... Genska terapija ............................................................. Primjena GI u oplemenjivanju biljaka ...................... ... PREDNOSTI I RIZICI BIOTEHNOLOGIJE ..................... ... Metode rjeavanja etikih problema biotehnologije .... ZNAAJ BIOTEHNOLOGIJE ............................................. RJENIK ............................................................................... 2 3 4 4 5 5 6 6 6 6 8 8 9 9 12 12 12 13 13 14 15 15 15

16 16 17 17 18 18 19 20 20 21 22 23 25

1

UVOD Nauka budunosti Biotehnologija je nova nauka - novi predmet znatielje i istraivanja, od neprocenjivog je znaaja za nove proizvode i novi nain primjene u poljoprivredi, medicini, u oblasti ivotne sredine. Sa ekonomskog aspekta, znaajna je za razvoj industrije. Obuhvata mnoge oblasti, od genetskog inenjeringa do bioinformatike, genoma, biosenzora... Svi procesi i tehnologije biotehnologije su sredstvo za bolje razumijevanje ivih organizama i jedan od naina za mijenjanje tih organizama kako bi se poboljalo zdravlje, opstanak i karakteristike ivih organizama vie od 10 hiljada godina ljudi mijenjaju biljke, ivotinje i ivotnu sredinu u nastojanju da dou do najboljih rjeenja. Biotehnologija se kao nova nauna disciplina pojavila prije dve i po decenije i to istovremeno u Bostonu, San Francisku i Kembridu gde su naunici doli do odreenih otkria. Od tada do danas biotehnologija se rairila na gotovo sve dijelove svijeta, prisutna je u Evropi, na Dalekom Istoku, Aziji; u Americi ona postoji u 42 drave. Biotehnologija pomae ljudima da dou do najboljih rjeenja neophodnih za opstanak. Otuda se najee primjenjuje u medicini, proizvodnji hrane i drugim oblastima od znaaja za ljude, jer pomae shvatanju, mijenjanju i poboljanju ivih organizama. Najvanija oblast je zdravlje, pa strunjaci nastoje da otkriju razloge bolesti, da rijee njihovo porijeklo i zato ljudski organizam reaguje na njih, kao i nain na koji one mogu da se tretiraju. Danas u svijetu postoji oko 130 lijekova koji su proizvod biotehnologije. To je prvo polje interesovanja, sljedee je poljoprivreda, a zatim i hrana.

2

BIOTEHNOLOGIJA U prolosti je vladalo miljenje da je tehnologija usko povezana samo sa dvije stvari: sa naukom i industrijom. Biotehnologija je uvela trei parametardrutvo. Upravo zbog toga se sree sa brojnim pitanjima i sumnjama, pogotovo u oblasti hrane. Istraivaima je bitno da biljke ispunjavaju tri stvari: da preive, rastu, budu jake i da daju plodove. Vremenom, uspjeli su da razviju nove tehnike uz pomo kojih su uspijevali da pomognu biljkama da upravo ispune te tri stvari. Previe hemikalija1, ipak, zagauje zemljite, znai ivotnu sredinu, mada je produktivnost usijeva na zadovoljavajuem nivou. Cilj biotehnologije je da omogui da biljke i dalje ispunjavaju pomenuta tri uslova, ali uz manju primjenu hemikalija, ubriva. OSNOVNI POJMOVI: Svako ivo bie sainjeno je od sitnih jedinki nazvanih elijama. elija je najmanja ivotna jedinica, sloene strukture, sposobna za samostalnu reprodukciju. Ona je skladite razliitih, za ivot vanih bjelanevina. Bjelanevine su hemijske supstance koje upravljaju svim ivotnim procesima elije, osim jednog - one se ne mogu same umnoavati. Bjelanevine su veliki molekuli sainjenie od dvadesetak osnovnih aminokiselina meusobno povezanih poput karika u lancu. Promjenom redoslijeda samo jedne karike u lancu nastati e nova bjelanevina, potpuno novih osobina. Molekul DNA je dugaka molekula poput niti uvrnute u obliku dvostruke spirale. Sastoji se od dva dugaka prepletena lanca sastavljena od fosfata i eera deoksiriboze. Za svaki molekul eera vezana je jedna od etiri azotne baze - adenin (A), guanin (G), citozin (C) ili timin (T). Preko tih baza vodoninim vezama su povezana dva naspramna lanca, pri emu se uvijek vri vezivanje adenina i timina, odnosno citozina i guanina. DNA upravlja umnaanjem bjelanevina specifinih za odreenu eliju, odreene vrste ivog bia. DNA je smjetena u jezgri elije, a za vrijeme diobe (umnoavanja) elija molekula

1

(gr. ) pl.hemijski proizvodi, hemijski artikli

3

DNA upakovana je u hromozome2. Hromozomi se uzduno dijele i svaka polovina odlazi u novu eliju.

Slika 1. Hemijska struktura DNA

Slika 2. Replikacija DNA

Prije diobe elije dolazi prvo do procesa replikacije DNA3. U jedru svake ljudske elije nalazi se molekul DNA gusto zbijen i podijeljen u 23 para hromozoma, od kojih jedna polovina potie od oca a druga od majke, inei zajedno ljudski genom. Za svaku vrstu ivog bia broj hromosoma u tjelesnoj eliji je karakteristian, pa tako broj hromosoma u : gladiole: 2n= 60, ovjeka: 2n= 46, penice: 2n= 42, kukuruza: 2n= 20 OSNOVNI PRAVCI ISTRAIVANJA Gen4 predstavlja tano odreeni dio DNA koji ima svoj poetak i kraj i koji nosi informaciju za sintezu odreenog proteina. Aktivni gen ini svoju kopiju nazvan iRNA putem koje se zapis prenosi iz jezgra elije u citoplazmu, do ribozoma. Informacija za sintezu proteina zavisi od redoslijeda baza u jednom od lanaca DNA. Taj redoslijed se procesom transkripcije5 kopira na manji molekul ribonukleinske kiseline (iRNA) koji tu informaciju prenosi do mjesta sinteze proteina. Informacije sadrane u kodonima prevode se u aminokiseline u procesu translacije (sinteza proteina)6.Ukoliko doe do promjene u redoslijedu baza u DNA (mutacija)7, dolazi do promene u mRNA i redoslijedu aminokiselina u odgovarajuem proteinu Vanu ulogu u sintezi proteina imaju molekuli RNA8. Postoje tri tipa RNA: - informacione RNA (iRNA)- nose informaciju za sintezu proteina

2 3

prstenaste, kod bakterija, ili tapiaste, kod eukariota, strukture koje nose linearno rasporeene gene proces nastajanja dva identina DNA molekula, koje nose identine genetike informacije 4 nosioci nasljednih osobina svakog ivog organizma 5 (lat.trans-scriptio- prepisivanje) graenje molekula RNK kao vijerne kopije molekula DNA 6 (lat.translatio- prenoenje) biosinteza proteina 7 (lat. Mutatio- mijenjanje) aluajna ili namjerna promjena nasljednog materijala 8 jednolanani molekuli, imaju ribozu umjesto deoksiriboze kod DNA i uracil umesto timina (kod DNA)

4

- ribozomske RNA (rRNA) - strukturne komponente ribozoma - transportne RNA (tRNA) - prenose aminokiseline do ribozoma i omoguuju njihovo ugraivanje u polipeptidni lanac u toku sinteze proteina

C

jelokupna nasljedna informacija organizma sadrana je u genima. Protok informacija kroz eliju je usmjeren tako da se informacije iz DNA preslikavaju preko RNA u strukturu proteina. Ovo se jo naziva i centralnom dogmom molekularne biologije, iji je zadatak da objasni na koji se nain struktura DNA prevodi u strukturu proteina.

Slika 3. Sinteza proteina

Slika 4. Centralna dogma molekularne biologije

OSNOVNA PODJELA BIOTEHNOLOGIJE. OBLASTI BIOTEHNOLOGIJE Biotehnologija se dijeli na: tradicionalnu-oplemenjivanje biljaka i ivotinja konvencijalnim metodama savremenu genetiko inenjerstvo i kloniranje Oblasti biotehnologije Biotehnologija zatite okoline Biotehnologija u industriji: hrana, papir, tekstil, farmaceutska i hemijska proizvodnja5

Biotehnologija u industriji: proizvodnja elijama i istraivanja elija proizvoaa prehrambenih i ostalih proizvoda Razvoj humane i veterinarske dijagnostike, terapeutski sistemi Razvoj osnovne biotehnologije Netehnike oblasti biotehnologije TRADICIONALNA BIOTEHNOLOGIJA Pored raznih vidova fermentacija9 (pivo, vino, mlijeko i mlijeni proizvodi), ona obuhvata i manipulaciju genima putem tzv. Konvencionalnih metoda oplemenjivanja. Npr. elimo li poboljati svojstvo sorte A sa nekom osobinom sorte B izvriemo ukrtanje, proizvesti potomstvo i unutar njega odabrati biljku koja posjeduje eljene karakteristike: 1. god. - izbor roditelja i ukrtanje - sorta A x sorta B 2. god. - uzgoj direktnog potomstva - F1 3-6. god. - uzgoj narednih potomstava i izbor biljaka eljenih svojstava -F2 F5 7. god. - konani izbor poboljane biljke (nova sorta) - F610 Selekcija i oplemenjivanje ivotinja U selekciji domaih ivotinja uveliko se koristi vjetako oploenje, kao i oplemenjivanje postojeih rasa, posebno ovaca, goveda i svinja. Poznavanje prirode nasljeivanja kvalitativnih osobina je preduslov za dobijanje jedinki sa eljenim osobinama. Kvalitativne osobine mogu imati jo vei znaaj, a to su npr. kvalitet mesa kod svinja, mlijenost krava, nosivost jaja kod ivine... Teko je odrediti koliko gena kontrolie razvijanje ovih osobina, ali se moe utvrditi koeficijent nasljeivanjavarijabilnou11 za datu osobinu. Jednak je- 0, ako variranje osobine zavisi samo od sredine, 1- ako moemo predvidjeti kako e se ta osobina ispoljiti kod potomaka. Primjer: Prosjena masa tijela u populaciji gajenih goveda iznosi 100 kg. Ako za roditelje odaberemo goveda teine 130 kg i dobijemo potomstvo prosjene teine 110 kg, heritabilnost za dati sluaj e biti: H2 F1- Pop./ P- Pop = 110-100/ 130-100= 0,33 (33%) Ovo bi znailo da nasljedni inioci u ovolikom procentu doprinose ispoljavanju date osobine, a uticaj sredine je oko dva puta vei, tj. Iznosi 0,67 (1- 0,33)

9

(lat. fermentatio) rastvaranje organskih supstancija u jednostavnija jedinjenja Ova tehnika se jo naziva i vertikalni prenos gena 11 (novolat. variabilitas) pasivna sposobnost organzama da se mijenjaju pod uticajem prilika i sredine u kojoj ive10

6

Selekcija i oplemenjivanje biljaka Oplemenjivanje suncokreta Upotrebom klasinih metoda u oplemenjivanju, potrebno je najmanje deset godina da bi se unijele eljene osobine. U procesu oplemenjivanja suncokreta potrebno je interesantne genotipove dovesti u homozigotno stanje. Proizvodnjom dvostrukih haploida mogue je dobiti potpuno homozigotan materijal u roku od par meseci do godinu dana. Divlje vrste suncokreta predstavljaju izvore genetske varijabilnosti za agronomski vana svojstva. U nekim sluajevima prenoenje ovih svojstava u genom gajenog suncokreta upotrebom konvencionalnih metoda je teko zbog visoke interspecies inkompatibilnosti. Kao sredstva za prevazilaenje ovog problema su kod suncokreta korieni kultura nezrelog embriona i fuzija protoplasta12. Jedna od metoda koje se koriste je i in vitro skrining. Podrazumijeva odreivanje reakcije ili otpornosti biljke na stres (napad bolesti, suu, poveanu zasoljenost) u in vitro uslovima. Demonstrativno Visibaba posjeduje gen otpornosti prema insektima,

A kelj takvog gena nema .

Pomou posebnih enzima mogue je takav gen "izrezati" iz DNA visivabe i . . . . . upucati u eliju na mikroesticama metala, ili . .

. . prenijeti u eliju pomou bakterijskog ili virusnog vektora

12

(lat.fusio- spajanje, topljanje) daje mogunost za kombinovanje citoplazme, prenoenje hromozoma i pojedinanih gena

7

Novonastali kelj ima otpornost prema uslovljenim genom Slika 5. Poboljavanje osobina kelja insektima SAVREMENA BIOTEHNOLOGIJA Pod savremenom biotehnologijom podrazumijevaju se svi mikrobioloki ili enzimski procesi kojima se u industrijskim razmjerama dobijaju razliiti proizvodi. Tako se ostvaruje velika ekonominost u dobijanju niza proizvoda, koji se iroko primjenjuju u prehrambenoj, farmaceutskoj, hemijsko-preraivakoj i drugim industrijskim granama. Smatra se da je savremena biotehnologija intenzivan razvoj zapoela otkriem antibiotika13. Proizvodnja antibiotika je zahtijevala rjeenje niza naunih problema. Kod svih biotehnolokih procesa od izuzetnog znaaja je odabiranje soja mikroorganizama. Fizikim i hemijskim metodama mogu se oplemeniti sojevi radi boljeg kvaliteta i prenosa proizvoda. Procesi se mogu izvoditi u sterilnim uslovima, kako ne bi dolo do kontaminacije (zagaivanja) mikroorganizama iz spoljanje sredine i stvaranja neeljenih sporednih proizvoda. Umjesto mikroorganizama, u nekim savremenim biotehnologijama se koriste enzimi izolovani iz mikroorganizama. Ovi se enzimi pogodnom metodom vezuju za neku vrstu podlogu (tzv.imobilisani enzimi). Tako se iz recemske smjee aminokiselina, dobijene hemijskom sintezom, primjenom imobilisane izomere proizvode prirodne L aminokiseline. Moderna biotehnologija je vid umjetne manipulacije i prenosa nasljedne osnove (gena) izmeu individua razliitih nesrodnih vrsta. Zahvaljujui modernim naunim tehnikama je mogue izvriti tzv. horizontalni prijenos gena izmeu razliitih nesrodnih vrsta ivih organizama: organizam vrste A => gen => organizam vrste B .

Savremenu biotehnologiju karakterie genetiko inenjerstvo, sa kloniranjem. GENETIKO INENJERSTVO Genetiko inenjerstvo14 (GI) podrazumijeva tehnoloke postupke kojima se na umjetan (neprirodan) nain, uz pomo posebno prireenih vektora (virusa,13

(gr., ivot) supstancija biolokog porijekla koja sprjeava razvijenje nekih klica i unitava ih; tu spadaju i lijekovi koji se dobijaju iz nekih gljivica- streptomicin, hloromicetin, penicilin, aureomicin 14 procesi mijenjanja genoma nekog organizma

8

plazmida) savladavaju zatitne barijere neke vrste i u nju prenose aktivni geni druge nesrodne vrste s ciljem dobijanja novih organizama. Dakle, obuhvata metode vjetakog obrazovanja novih kombinacija nasljednog materijala. injenica da je genetiki kod univerzalan omoguuje da se genetiki materijal jednog organizma prenosi u drugi. Time se dobija organizam sa drugaijom kombinacijom gena, ija se DNA naziva hibridna (rekombinantna) i u prirodi se normalno nikada ne nalazi.

Istraivanja na bakterijama Kod nekih bakterija postoje fragmenti DNA nazvani plazmidi, koji egzistiraju nezavisno od hromozoma bakterije, a ponaaju se kao replikoni15. Plazmid moe da vee za sebe i kratak segment DNA iz hromozoma bakterije domaina i da ga prenese u drugu bakteriju. Neki plazmidi mogu da se integriu u glavni hromozom i takvi plazmidi nazivaju se epizomi. Transpozoni su mobilni segmenti DNA koji su povezani na krajevima insertnim segmentima.Transpozoni su odgovorni za razne genske alternacije i za strukturu varijabilnosti unutar vrste. 1973. godine konstuisan je molekul DNA koji se sastojao od dva segmenta DNA dva razliita plazmida E.coli. zatim je konstruisan molekul DNA sastavljen od dva razliita plazmida- jedan od E.coli, a drugi od Staphilococcus aureus .Ovaj proces je nazvan plazmidski inenjering. S obzirom na mogunost stvaranja novih genetskih kombinacija u mikroorganizmima proces je nazvan i genetiki inenjering, koga kod bakterija karakteriu: Metod raskidanja i spajanja DNA dobijenih iz razliitih izvora Odgovarajui prenosilac gena koji moe da reprodukuje sebe i strani segment DNA Sredstvo za ubacivanje himernog molekula DNA u funkcionalnu bakterijsku eliju, i Metod za selekciju bakterija sa himernom DNA iz ukupne populacije bakterija Enzim terminalna trensferaza katalizuje sekvencionalno dodavanje identinih nukleotida na 3' kraju DNA lanca. Za popunjavanje 5' kraja svakog segmenta koristi se enzim DNA polimeraza I i exonukleaza III. Restrikcione endonukleaze predstavljaju grupu enzima koji su u stanju da u toku svoga djelovanja DNA naprave kohezione komplementarne fragmente, dajui linearne molekule DNA od krunih.

Rekombinantna DNA15

mogu se samostalno umnoiti, reprodukuju se

9

Ova tehnologija se esto naziva genetiki inenjering. U irem smislu obuhvata tehnike i metode za identifikaciju gena, izolovanje i kloniranje identifikovane DNA iz biljke davaoca, transfer te DNA preko virusa kao vektora u eliju primaoca, integraciju prenijete DNA, transdukciju i translaciju DNA, transformaciju biljke primaoca, i umnoavanje i korienje promijenjene biljke. Mogunost manipulisanja genima javila se otkriem restrikcionog enzima16.

Slika 6. Stvaranje rekombinantnog plazmida Metod rekombinantne DNA poeo se koristiti u medicini, prehrambenoj industriji, oplemenjivanju biljaka i genetikom inenjerstvu. Poeljni geni odabrani za manipulisanje moraju biti identifikovani i izolovani da bi bilo mogue izvriti detaljnu molekularnu karakterizaciju ukljuujui i proces regulacije ekspresije gena. Najbolji potencijalni vektori su molekuli DNA i RNA, plazmidi, kao i pojedini vektori. Vano pitanje kod unoenja gena je identifikacija genetikih markera. Jedan od korisnih markera je formiranje biljnih tumora, koji je pod kontrolom ti- plazmida iz Agrobacterium tumefaciens. Pri infekciji A. Tumefaciens, Ti-plazmid koji integrie dio svoje DNA u u hromozomu elije domaina izaziva tumor. Transkripcija Ti-DNA odvija se u tumoru u prisustvu biljne RNA- polimeraze II. Od virusa kao znaajan 17 marker se javlja virus mozaika karfiola . Tu su i dvostruki virusi (gemini virusi) koji sadre dvije vrste molekula DNA- linearne i krune. Znaajni su za genetiki16

Do danas je izolovan veliki broj restrikcionih enzima iz oko 230 sojeva bakterija koji presijecaju DNA na oko 90 razliitih mijesta (Watson, J.D. i sar., 1983.- po K. Borojevi 1986.) 17 jedini biljni virusi koji imaju dvostruki lanac DNA i podesni su za manipulisanje

10

inenjering jer i jednolanani i dvolanani molekul DNA virusa moe da izvri infekciju biljaka, odnosno protoplasta18. Brojni RNA virusi cjelokupnu genetiku informaciju imaju u jednom lancu i nazivaju se virusi sa nedjeljivim genom, dok drugi imaju genom podijeljen na vie molekula RNA. Ako se region koji kontrolie reprodukciju isijee iz biljnog hromozoma i ugradi u neki vektor, ovaj postaje sposoban za autoreprodukciju. Lipozomi19 su u ovom sluaju korieni za fuziju sa biljnom elijom. Unoenje DNA u biljne elije se vri i inokulacijom- ubrzavanjem. Danas se najee genetiko inenjerstvo koristi u dva sluaja: 1) Genetsko poboljanje - podrazumijeva dodavanje gena koji kontrolie odreeno poeljno svojstvo, sa eljom unapreenja (poboljanja) odreenog organizma. 2) Genska terapija - u svrhu zamjene tetnog gena u organizmu (ovjejem) s namjerom lijeenja nasljedno (genetski) uslovljene bolesti. Ova terapija moe biti nenasljedna (somatske elije) ili nasljedna (polne elije)

U zavisnosti od toga koji se dio genetikog materijala prenosi razlikuje se:

genski; hromozomski; genomski inenjering

U prvom se manipulie genima, u drugom hromozomima, a u treem cijelim garniturama hromozoma. Tehnika ove metode se moe objasniti na primjeru bakterijske sinteze humanog (ljudskog) insulina. Sutina ove tehnike je da se humani gen za insulin ugradi u plazmid bakterijske elije. Bakterije e zatim po uputstvu tog gena proizvoditi humani insulin. Postupak je sljedei:

isjecanje eljenog gena iz humane DNA uz pomo enzima koji e presei DNA na tano odreenim mjestima; enzimi koji ovo omoguuju su restrikcione endonukleaze (makaze) presijecanje plazmida istom restrikcionom endonukleazom kojom je isjeena humana DNA

18 19

Goodman H., 1981. Ikegami i sar. 1982.- po Dumanoviu, J. I Konstantinov, T. lipidni vektori koji imaju sposobnost da tite nukleinske kiseline od dejstva nukleaza

11

poslije dejstva restrikcione endonukleaze krajevi isjeaka postaju ljepljivi poto jednolanani tee da se hibridizuju sa sebi komplementarnim lancima; humani gen, odnosno njegovi jednolanani ljepljivi krajevi hibridizuju sa krajevima isjeenog plazmida; ligaza (ljepilo) spaja hibridizovane molekule pri emu postaje rekombinovana (hibridna) DNA; umnoavanjem bakterija i plazmid se u njima replikuje , tako da se u svakoj bakteriji dobije nekoliko stotina plazmida; bakterija sada moe da sintetie humani insulin.

Novi organizmi u prirodi nastaju putem seksualne reprodukcije i posjeduju kombinaciju svojstava roditelja. Genetiko inenjerstvo se bazira na saznanju da su osnovni principi i mehanizmi ivih bia na Zemlji istovjetni. Na tome se zasnivaju ideja i tehnika rekombinantne DNA , tj. plansko "isijecanje gena" (trasgena) za neko svojstvo iz jednog ivog organizma i njegovo "presaivanje" (transformacija) u drugi. Na ovaj nain nastaju genetiki modifikovani organizmi (GMO). Najpoznatiji primjeri prve generacije transgenih biljaka su one sa transgenom iz bakterije Bacillus thuringiensis20. U drugu generaciju transgenih biljaka spadaju primjeri poboljanog kvaliteta proizvoda (promijenjen sastav masti, obogaivanje vitaminima, itd.) ili "molekularna poljoprivreda" (proizvodnja vakcina i drugih molekula putem tansgenih biljaka).

Genetiko inenjerstvo u oplemenivanju biljaka 1. Kultura embriona i meristema esto se deava da se poslije ukrtanja formira embrion, ali se ne formira endosperm, i iz takvog sjemena se ne moe dobiti biljka, dok gajenjem embriona na hranljivoj podlozi u sterilnoj sredini moe. Kultura meristema ma hranljivoj podlozi ima iroku primjenu : za dobijanje zdravih biljaka, nezaraenih virusima (u voarstvu, cvjearstvu, ...) za brzo razmnoavanje biljaka za odravanje biljnog materijala u bankama gena, kao izvora genetikog materijala 2. Kultura elija i tkiva Iz izolovanih elija se na hranljivoj podlozi i odreenim uslovima regenerie biljka. Ova kultura ima prednost na osnovu visokog koeficijenta razmnoavanja. Moe da poslui za izolovanje mutacija na nivou elija. Regeneracija biljaka iz kulture elija i tkiva moe da se vri na dva naina:20

Bt transgenim biljkama (kukuruzu, pamuku, krompiru, itd.) daje sposobnost sinteze toksina efikasnog protiv tetnih insekata (Alstad i Andow, 1995)

12

organogeneza21 embrionogeneza22 3. Kultura antera i polena Podrazumijeva regeneraciju biljaka in vitro iz haploidnih elija polena kod penice, kukuruza, vinove loze, kupusa, duvana, pirina i kod 175 drugih vrsta23. Primjena ovog metoda zasniva se na tome da se kod haploidnog polena podstakne formiranje kalusa, a iz njega regenerie biljka sa diploidnim brojem hromozoma. Za dobijanje haploidnih biljaka u kulturi in vitro koriste se antere ili izolovane elije polena koje se gaje na posebnim hranljivim podlogama. Haploidne biljke koje se razvijaju iz mikrospora nisu sposobne za reprodukciju. Postoje i haploidi koji se mogu dobiti putem eliminacije hromozoma jednog od roditelja pri hibridizaciji, pa se stvara haploidan embrion u cvijetu majke. Haploidi se mogu upotrijebiti na vie naina: haploidni kalus se moe proizvesti iz antere ili elija polena, a zatim se moe napraviti suspenzija elija koje e se gajiti na podlozi koja sadri herbicid. Uspjeno stvaranje genotipova (sa osobinama rezistentnosti na toksine, toksine koncentracije aminokiselina, herbicide i visoke koncentracije soli) veoma je vaan faktor u oplemenjivanju biljaka. 4. Fuzija protoplasta- Hibridizacija somatinih elija U oplemenjivanju biljaka polna hibridizacija se koristi za poboljavanje osobina kroz genske kombinacije.Vana je postojanost protoplasta dvije razliite vrste, formiranje kalusa i regeneracija cijele biljke iz kalusa. Fuzija protoplasta ima veliki znaaj za proirenje genetike varijabilnosti, rekombinaciju gena iz razliitih vrsta i prenoenje gena iz jedne u drugu vrstu. Javlja se nekoliko problema na polju somatine hibridizacije- nemogunost regeneracije svih biljaka (to je neophodno za ovaj metod), veina somatinh hibrida je sterilna, nestabilnost hromozoma (to dovodi do gubitla samih hromozoma). KLONIRANJE Tehnika kloniranja Kloniranje je postupak stvaranja genetiki identinih kopija nekog organizma. Sam proces kloniranja je sledei: iz organizma davaoca uzima se somatska elija i spaja se sa neoploenom jajnom elijom primaoca kojoj je21 22

razvoj ponika iz mase elija, i presaivanje na hranljivu podlogu koja omoguuje formiranje korjenovog sistema formiranje somatinih embriona iz kulture elija i dalje formiranje biljke 23 Bornaman, 1983.- po Jelaska i Nekovi, 1986.)

13

uklonjeno jedro. Poslije spajanja dvije elije dolazi do razvia embriona koji se implantira u matericu surogat - majke, gde se dalje normalno razvija. Potomak je genetiki isti kao organizam davaoca, i zove se klon24. Prvi primer kloniranja sisara bila je ovca Doli, 1997.g. Postoje dvije osnovne vrste kloniranja:

reproduktivno i terapeutsko.

Reproduktivno kloniranje ima za cilj stvaranje nove jedinke, a terapeutskim kloniranjem se proizvode elije kojima bi se lijeile bolesti (npr. paraliza, dijabetes i dr.) Primjer prirodnog kloniranja jesu jednojani blizanci. Osim gore opisanog pravog kloniranja, moe se spomenuti jo i transgeneza. Transgeneza oznaava prenos jednog ili vie gena iz DNA jednog organizma u DNA primaoca. Prenos gena moe se izvesti i izmeu razliitih vrsta, a takva ivotinja (biljka) se naziva transgena. Najpoznatiji primjeri prve generacije transgenih biljaka su one koje su otporne na tetne insekte ( sadre transgen iz bakterije koji im daje sposobnost sinteze otrova efikasnog protiv insekata) ili herbicide. U drugu generaciju spadaju biljke kojima je poboljan kvalitet promijenjen sastav masti, obogaene su vitaminima i dr. Vektori za kloniranje Fragment DNA bilo kog porijekla moe se ugraditi u plazmidnu ili virusnu DNA koja slui kao vektor za kloniranje. Vektor se potom unosi u eliju domaina u kojoj e se replikovati uz pomo replikativne mainerije domaina, tako da se zajedno sa vektorskom DNA umnoava i ispitivani fragment. Plazmidi esto sadre neke za bakteriju veoma vane gene i najee su modifikovani da bi se koristili kao vektori za kloniranje.

Slika 7. Plazmidni vektor za kloniranje24

elije izvedene iz jedne elije putem mitoze

14

Tipian plazmid sadri : 1. replikativni poetak koji omoguuje replikaciju plazmidne DNA u eliju domaina 2. bar jedan gen koji omoguuje otpornost elije domaina na dejstvo antibiotika 3. restrikciona mjesta gdje se omoguuje ugradnja fragmenta DNA u plazmidnu DNA Postupak unoenja rekombinantne DNA u bakteriju naziva se transformacija bakterija. Princip selekcije se sastoji u tome da u medijumu koji sadri odgovarajui antibiotik mogu da rastu samo one bakterije koje su transformisane plazmidom. One na podlozi formiraju kolonije. Za kloniranje neto duih segmenata koristi se bakteriofag . A za potrebe kloniranja veoma velikih fragmenata DNA koriste se kozmidi. Izolivanje fragmenata DNA za kloniranje Fragment DNA koji treba klonirati najee je odreeni gen ili njegov dio. Jedini nain da se izoluje gen jeste fragmentisanje cijelog genoma neke elije jednim restrukcionim enzimom. Na taj nain se dobije veliki broj fragmenata DNA. Svaki od ovih fragmenata se u ugrauje u vektor za kloniranje. Tako se formira DNA biblioteka25. Da bi se pojednostavio princip kloniranja, konstruie se takva biblioteka u kojoj su zastupljeni samo geni koji se u datoj eliji tanskribuju. Pretraivanje DNA biblioteke Tehnika koja se najee koristi za identifikaciju kolonije ili plake koja sadri ispitivani fragment DNA zasniva se na upotrebi radioaktivnih proba26. Druga metoda za identifikaciju klona koji sadri ispitivani gen primjenjuje se kada njegova primarna struktura nije poznata. Tada se koriste antitijela na proteinski proizvod ispitivanog gena. Za takve svrhe treba imati ekspresioni vektor. U bakterijskoj eliji se gen u koji je unijet fragment DNA transkribuje, a zajedno sa njim i dati fragment. Na nastaloj iRNA se sintetie velika koliina proteina na osnovu informacije koja je u obliku ispitivanog fragmenta DNA ugraena u plazmid. Jo je potrebno meu mnotvom kolonija pronai onu koja sadri dati protein., a to se postie specifinim antitijelom. Kloniranje, se primjenjuje u cilju obezbjeivanja potomstva istovjetne genetike konstitucije kakvu posjeduju klonirani roditelji koji se inae vegetativno ne razmnoavaju. Obino se radi o prethodno genetiki modifikovanim ivotinjama koje treba razmnoiti u dovoljnom broju, kao genetiki istovjetne "kopije".

25 26

Genska biblioteka, koja u idealnom sluaju ima zasupljene sve dijelove genoma jednog organizma Radioaktivnih molekula DNA ili RNA

15

RAZVOJ PRVIH BIOTEHNOLOKIH KOMPANIJA Konstruisanje prvog molekula rekombinantne DNA, 1972 godine izazvalo je veliko oduevljenje kako u naunim tako i u poslovnim krugovima. Sredinom sedamdesetih godina zapoeo je prvi talas formiranja biotehnolokih kompanija. Prva takva kompanija bila je Genentech (www.gen.com) osnovana 1976. godine. Za njom su slijedile i mnoge druge. Veina onih koje su opstale okrenula se klasinom dizajnu lijekova i eventualno zadrala istraivake laboratorije koje su se bavile molekularnom biologijom. Odluujuu ulogu u napretku biotehnolokih istraivanja imao je razvoj informacionih tehnologija i modernizacija laboratorijskih aparata. Situacija je poela da se mijenja i poetkom devedesetih godina dolazi do osnivanja novih biotehnolokih kompanija, prvo u manjem broju a onda poslije 1995. srazmijerno sve veem prilivu investicionog kapitala u te grane istraivanja u sve veem i veem broju. ISTRAIVANJA U BIOTEHNOLOGIJI Pravci istraivanja u savremenoj biotehnologiji su veoma raznovrsni, i dostignua iz ove oblasti poinju da nalaze svoju primjenu u najrazliitijim sferama nauke i svakodnevnog ivota. Istraivanja koja privlae najveu panju i najatraktivnija su- istraivanja genoma i proteina (prvenstveno ljudskih) sa ciljem primjene u medicini radi razvijanja novih lijekova i terapija. U ta istraivanja spadaju prouavanje kompletnih genoma, prouavanje proteina i pronalaenje proteinskih targeta za lijekove, i na kraju praktina primjena tako dobijenih rezultata ostvarena kroz dizajn lijekova. Istraivanja genoma (genomics) Termin genomics prvi put je upotrebio genetiar Tom Roderick 1987. godine da bi opisao pristup prouavanju DNA na nivou hromozoma, cijelih genoma ili velikih grupa gena. To se u velikoj mjeri razlikovalo od dotadanjeg pristupa prouavanju DNA, koke se veinom odvijalo na nivou pojedinanih gena. U okviru ovih istraivanja vre se sistematska ispitivanja genoma, odnosno kompletnog hromozomskog seta odreenog organizma. U ovom trenutku takva istraivanja podrazumijevaju kreiranje i upotrebu velikih baza podataka, skupu i rafiniranu laboratorijsku opremu i samim tim velika ulaganja u ta istraivanja. Postoje dva aspekta istraivanja genoma - strukturni i funkcionalni.

Strukturna ispitivanja predstavljaju odreivanje sekvence DNA i mapiranje gena.16

Funkcionalna su usmjerena na ispitivanje funkcionalnih aktivnosti utvrenih genetikih sekvenci. Kako se bude privodilo kraju iitavanje ljudskog genoma tako ce se i teite rada pomjerati sa strukturnih prema funkcionalnim aspektima istraivanja, sa ciljem dobijanja rezultata konkretno primjenljivih u praksi.

Istraivanja proteina (proteomics) Identifikacija svih proteina u elijama i analiza njihovih interakcija predstavljaju trenutno jedno od najatraktivnijih polja u biotehnolokoj industriji, kako u velikim kompanijama tako i kod kompanija u osnivanju. Proteom- skup svih ljudskih proteina. Proteini predstavljaju "radnu snagu" elije i metu za potencijalne lijekove Tako je razvijena nova oblast istraivanja proteomics koja se bavi istraivanjem strukture proteina i njihovih meusobnih veza. Poslije objavljivanja prve potpune analize ljudskog genoma biomedicinska istraivanja e se skoro u potpunosti prebaciti sa genomics-a na proteomics kao kljune tehnologije za transformaciju informacija u farmaceutske proizvode.

DOBIJANJE ANTIBIOTIKA Nakon odabiranja odgovarajueg soja za dobijanje eljenog antibiotika, ista kultura se unosi u tzv. predfermentor, u kome se nalazi sterilisana hranljiva podloga. U ovom reaktoru se mikroorganizmi razmnoavaju 12 48 asova na temperaturi od 24 do 30oC. Nakon toga se masa prenese u veliki fermentor, gdje se nalazi desetostruka koliina hranljive podloge. Suspenzija se mijea, uz produvavanje sterilnog vazduha, tokom 1 6 dana. Za to vrijeme mikroorganizam koristi hranljive sastojke podloge za metabolike potrebe, proizvodei i odgovarajui antibiotik, koji lui u spoljanju sredinu. Po zavretku fermentacije, tj. kada je postignuta maksimalna produkcija antibiotika, suspenzija se cijedi i iz filtera se izoluje atibiotik. Izdvajanje antibiotika iz vrlo razblaenog filtera se postie na razliite naine , zavisno od njegove hemijske prirode. Antibiotici se mogu izolovati ekstrakcijom organskih rastvaraa, taloenjem u obliku teko rastvorenog jedinjenja, vezivanjem za jonoizmjenjae ili adsorpcijom na pogodnom adsorbensu. Poto se antibiotici raspadaju na visokim temperaturama, iz ekstrakta se dobijaju procesom koji je poznat kao liofilizacija. Postupak se sastoji u tome da se rastvor zamrzne, a potom podvrgne visokom vakuumu, pri emu rastvara otpari, a zaostaje vrst antibiotik.

Farmacija i dizajn lijekova17

Na bazi informacija dobijenih u okviru genomskih i proteomskih istraivanja u toku narednih deset godina oekuje se znaajan napredak u farmaceutskoj industriji. Odreivanje targeta za lijekove u okviru proteomskih ispitivanja dovelo bi do znatnog napretka i kreiranja takvih lijekova koji bi blokirali tano one proteine koji prouzrokuju odreene bolesti. Pored poboljanja u laboratorijskim ispitivanjima oekuje se takoe i ubrzavanje procedure izvoenja novih lijekova na trite. Budui da je ovaj proces trenutno veoma spor i skup, to bi farmaceutskim kompanijama u velikoj mjeri umanjilo trokove. Stotine miliona dolara se godinje troi na istraivanje i razvoj novih lijekova. Pri tome samo jedno od 1000 eksperimentalnih jedinjenja proe preklinika ispitivanja, a jedan od pet kliniki ispitanih lijekova stie na trite. Dobijanje konkretnih informacija iz proitanog genetikog koda i otkrivanje elijskih mehanizama koji dovode do stvaranja odreenih patolokih stanja ili pojave bolesti (naroito kada su u pitanju nasljedne bolesti), moglo bi da bude teorijska osnova za dizajn novih, usko specifinih lijekova koji bi bili u skladu sa genetikim kodom pojedinca i samim tim neuporedivo efikasniji od postojeih lijekova. Postoje prognoze da bi plasman ovakvih lijekova na trite mogao uveati prihode farmaceutskih kompanija do 50 i vie procenata.

SEKVENCIONIRANJE LJUDSKOG GENOMA Projekat sekvencioniranja ljudskog genoma pokrenut je krajem 1990. godine u Sjedinjenim Amerikim Dravama od strane Nacionalnog zdravstvenog instituta (NIH). Human Genom Project (HGP) je petnaestogodinji projekat mapiranja oko 100 000 gena ljudskog genoma. Cilj koji su lanovi Meunarodnog konzorcijuma tada postavili bilo je sekvencioniranje kompletnog ljudskog genoma 27. Naunici ukljueni u Human Genome Project odabrali su sporiji i metodiniji pristup. Oni su podijelili genom u 22 000 segmenta, svaki dug od 100 000 do 300 000 baza i mapirali njihove tane pozicije. Ovi segmenti su potom nekoliko puta klonirani. Kompanija Celera Genomics - Mark Adams razvio je algoritam za primjenu nove tehnologije sekvencioniranja (shotgun technique) i kompanija ga je prvo koristila za mapiranje genoma vone muice (Drosophila melanogaster). Ovim metodom kompletna DNA je nekoliko puta klonirana i onda podijeljena na 60 miliona segmenata svaki duine od 2000 do 10 000 baza. Obje grupe objavile su prve rezultate u februaru 2001. godine sa razlikom od samo jednog dana. Napravljene su detaljne mape dijelova genoma koje e u velikoj mjeri olakati dalje prouavanje DNA. Konzorcijum je objavio da je 88% genoma sekvencionirano sa tanou od 99,99% .27

proces tanog odreivanja redoslijeda 3 milijarde nukleinskih baza koje izgrauju molekul DNA

18

BIOINFORMATIKA Bioinformatika28 je interdisciplinovana oblast koja spaja prouavanje strukture i funkcije biolokih informacija sa analitikom teorijom i praktinim znanjima informatike i matematike. Centralni zadatak bioinformatike jeste racionalizacija ogromnog broja podataka o sekvenci. Ovde se sreemo sa deifrovanjem potpuno novog jezika sastavljenom od svega 4 slova. Jedan od kljnih problema u ovom trenutku predstavlja manjak bioinformatickih kadrova koji bi bili jednako verzirani i u bioloke probleme i u IT i programiranje. To e zahtijevati nove generacije istraivaa koji ce od poetka biti obuavani kako u molekularnoj biologiji tako i u informatici.

PRIMJENA BIOTEHNOLOGIJE Primjena tehnika genetikog inenjerstva Primjena genetikog inenjerstva se javlja u sim oblastima ljudske djelatnosti. Javlja se mogunost da se ispituju i oni proteini koji su zastupljeni u niskim koncentracijama. Proces u dobijanju odreenog proteina je sljedee: 1. 2. 3. 4. Preiavanje samo 1 g proteina Odreivanje primarne strukture datog proteina Sinteza oligonukleotida Hibridizacija sintetisanih fragmenata DNA sa ukupnom elijom iRNA izolovanje hibridizovane RNA 5. Kloniranje DNA pomou ekspresionog vektora

i

Tehnike GI omoguuju da se na izolovanom kloniranom genu napravi izmjena biohemijskim putem, i da se vrati u eukariotsku eliju. Kloniranje u animalnim elijama omoguuje da se ispita funkcija pojedinanih gena, da se identifikuju regulatorni regioni genoma koji kontroliu ekspresiju gena, da se postigne visok nivo ekspresije pojedinih gena i da se proizvodu velike koliine gena. Tehnike GI omoguuju ugradnje stranog gena u embrion i dobijanje odrasle ivotinje. Genska terapija im se pokazalo da se strana DNA moe direktno unijeti u elije i hromozome ivotinja postalo je pitanje sprovoenja tzv. genske terapije29. Pod kontrolom28 29

u najirem smislu- primjena kompjuterskih tehnika u biologiji zamjena ili popravka mutiranih gena u ljudskim elijama

19

Nacionalnog instituta zdravlja SAD 1990. prvi put je korien taj postupak na etvorogodinjoj djevojici koja je oboljela od tekog oblika imunoloke deficijacije30. Jedan dio izolovanih bijelih krvnih elija bio je tretiran genetiki modifikovanim virusom, koji je nosio normalnu verziju za nedostojei enzim. U jednom broju elija virus se ugradio u elije pacijenta. Poto su ove elije unijete u tijelo djevojice, dolo je do sinteze odgovarajueg enzima. Taj poduhvat je uspjeno obavljen, mada su se dalja istraivanja, zbog postojeih problema, obavljali samo na ivotinjama. Smata se da je oko 4 000 oboljenja uslovljeno promjenama u samo jednom genu. Kako se svaki od tih gena javlja rijetko, to znai da genska terapija nee nikad predstavljati znaajan dio medicinske prakse31 Primjena GI u oplemenjivanju biljaka Duvan je biljka koja je podesna za unoenje stranih gena u eliju ili u grupu elija kao i za regeneraciju biljaka iz ovih tranformisanih elija. Kao kandidati za transfer gena javljaju se pamuk i kupus. Znaaj za unoenje poeljnih gena jeste taj da je mogue unititi korov u usjevima, a da biljke ostanu otporne na odreeni herbicid. Razni geni otporni na atrazin- herbicid unesen je u uljanu repicu i suncokret. to se tie itarica kod pirina je izvrena regeneracija jedne biljke poev od protoplasta. Biljke otporne na insekticide, herbicide, viruse, suu, zimu, predstavljaju pogodan materijal za oplemenjivanje bilja. Usavravanje biotehnolokih postupaka otvorilo je niz mogucnosti i primjena u razliitim oblastima. Sline metode se primjenjuju prilikom proizvodnje kontroverzne genetiki modifikovane hrane, pri emu se introdukcija stranih gena vri radi poboljanja kvaliteta proizvoda, poveanja otpornosti na razliite bolesti ili parazite i sl. Razliite biotehnoloke metode se takoe primjenjuju u proizvodnji novih vakcina u veterini, kao i u okviru mjera bioloke borbe protiv korova i tetoina. Svakako najperspektivnija primjena biotehnolokih dostignua u kojoj su kako oekivanja tako i ulaganja najvea jeste biomedicina. Biomedicina predstavlja primjenu podataka i rezultata dobijenih u biotehnolokim istraivanjima u medicini sa ciljem dobijanja novih lijekova i razvijanja novih terapija koje bi za razliku od sadanjih bile direktno osmiljene u skladu sa genetikim kodom pojedinca. Poznavanje genetikog koda pomoi e znatno bre i jednostavnije izolovanje pojedinih gena i proteina koje oni kodiraju, i odreivanje njihove uloge. Rezultati bi najprije trebalo da se osjete u dijagnostici. To znai da ce biti mogue ranije dijagnosticiranje bolesti dok ce lijekovi biti prilagoeni svakom pojedincu i na taj nain tanije pogaati cilj.30 31

nastaje zbog odsustva enzima iju sintezu kontrolie jedan gen Treba pomenuti da ako bi jednog dana bilo mogue u velikim razmjerama koristiti genetku terapiju kao nain lijeenja monogenetskih oboljenja da bi to u naresdnim generacijama poveavalo uestalostz osoba koje imaj te bolesti. Naime, najvei br. osoba sa takvim oboljenjima danas ne doivljava polnu zrelost ili nema potomaka.

20

Mape gena bi trebalo da pomognu u otkrivanju nasljednih poremeaja, sprjeavanju nastanka bolesti i lijeenju bolesti. Posebna panja posveuje se razvijanju genske terapije u okviru koje nedostatak uzrokovan mutacijom u nekom genu, pokuava da se ispravi unoenjem ispravnog gena u organizam.

PREDNOSTI I RIZICI BIOTEHNOLOGIJE Brojne rasprave vode se o razvoju i upotrebi moderne biotehnologije, a posebno o sigurnosti genetiki modifikovane hrane. Prednosti za ljudsko zdravlje, jednako kao i rizici, mogu se podijeliti u etiri kategorije: Prednosti: -poveanje sigurnosti hrane -poboljanje nutritivnog sastava namirnica -hrana s jo vie zdravstvenih dobrobiti -smanjenje nekih hroninih bolesti vezanih uz prehranu Primjenom genetikog inenjerstva odreenim su se itaricama uspjeli poboljati organoleptika svojsta i rok trajanja. Odgaanje procesa truljenja voa i povra osigurava bolji kvalitet, ukus, boju i teksturu. Uz pomo genetikog inenjerstva mogue je kreirati namirnice s veom koliinom minerala, vitamina i antioksidansa... Takoe, poveanjem prinosa itarica spreava se krenje uma u potrazi za novim plodnim povrinama i, to je najvaanije za zemlje u razvoju, ubrzava ekonomski razvoj i reava problem gladi. Za nerazvijene zemlje posebno je korisno gajenje pasulja otpornog na patogene, virus-rezistentne papaje, Bt pamuka, kao i pirina obogaenog vitaminom A. Izvjesna je i proizvodnja vakcina za oralnu primenu koje bi bile jeftinije, lake za uvanje i manje stresogene za upotrebu od dosadanjih, a koristile bi se za prevenciju dijareje, kolere i hepatitisa B. Na drugoj strani, za mnoge istraivae i javno mnjenje proizvodnja GM hrane (tzv. Franketajn hrane) je neprihvatljivo poigravanje sa prirodom.

Rizici: -alergije -toksinost -neravnotea nutrijenata21

-smanjenje raznolikosti hrane Postoji bojazan da primjena genetikog inenjerstva u prehrambenoj industriji moe poveati preosjetljivost na neke alergene. Naime, moe se dogoditi da se alergena svojstva donatora prenesu na primaoca. Nekad se prenosom gena, uz eljena svojstva, mogu prenijeti i neeljena svojstvo poticanja stvaranja i luenja prirodnih toksina, to ponekad moe biti pogubno za konzumente genetiki modifikovane hrane. Strani geni mogu poremetiti ravnoteu nutrijenata. Postavlja se pitanje kako e promjena sastava nutrijenata uticati na: - meusobnu interakciju nutrijena - interakciju nutrijenata i gena - bioraspoloivost nutrijenata - metabolizam i - "snagu" nutrijenata. Proizvodnjom genetiki izmijenjene hrane razliiti geni iz razliitih genetiki modifikovanih organizama prenose se na razliite naine. Zasad je ovakva hrana prisutna na tritu, jer je odobrena na osnovu mnogih istraivanja, stoga je malo vjerovatno da ugroava ovjeji ivot. Kako bismo odredili stav prema genetiki izmijenjenim proizvodima, potrebno je uzeti u obzir mnotvo injenica, poput ubrzanog rasta svjetske populacije, dostupnih obradivih povrina, ouvanja okoline i obiljeja genetiki modifikovane hrane te njenog uticaja na zdravlje ovjeka. Istovremeno je potrebno veliko znanje i multidisciplinovan pristup toj problematici kako bismo iskoristili ono najbolje to nam je razvoj nauke ponudio i izbjegli negativne posljedice.

Metode rjeavanja etikih problema biotehnologije: 1. Moramo dobro razumjeti ono to bi se moglo nazvati prirodom gena, odnosno njihov postanak, evoluciju, ali i njihovu ulogu u procesima oblikovanja razliitih organizama 2. Sve dok ne budemo dobro razumjeli veliinu i ulogu razmjene genetikog materijala izmeu razliitih vrsta ne bismo smjeli eksperimentisati sa transgenim organizmima 3. Moramo voditi rauna da je daleko najvei broj karakteristika prema kojima se ljudi razlikuju rezultat djelovanja velikog broja gena i inilaca sredine 4. Informacije koje se odnose na genetiku osnovu iskljuivo koristiti tako da omoguavaju svakoj osobi da donese linu odluku o tome kakav e ivot voditi i koliko e djece imati 5. Stvaranje biolokog oruja treba da bude potpuno zabranjeno22

6. Genetika razliitost svih vrsta na Zemlji jedan je od osnovnih resursa nae planete i u najboljem interesu ovjeka je uvanje te razliitosti

ZNAAJ BIOTEHNOLOGIJE Razvoj biotehnologije omoguio je pristup genetikim informacijama zapisanim u hromozomima i otvorio put novom razviu. Produkti nastali biotehnologijom imaju potencijal da na pozitivan nain utiu na okolinu i izmijene ljudsko drutvo, od medicinskog napretka, poboljanja kvaliteta i prinosa poljoprivrednih proizvoda pa do istije ivotne sredine. Sa druge strane, mnogo je toga jo uvek nepoznato i mogunosti zloupotrebe naunih otkria kao i nepredviene posljedice naunih istraivanja jo uvek predstavljaju realnost. Nemogue je iskljuiti pojavu bioterorizma.Bioterorizam

Istraivai se boje da biotehnologija ne bude iskoritena u svrhu bioterorizma. To prestavlja zloupotrebu GI za stvaranje tzv. biolokih oruja. Samo nekoliko patogenih organizama zadovoljavaju osnovne vojne zahtjeve da budu u veoj razmjeri koriene kao oruje. Neki od tih zahtjeva su: mogunost masovne proizvodnje, mogunost adekvatnog skladutenja i rasipanja, moginost brzog djelovanja na organizme. Takva oruja su npr.: Bacillus anthraces, Pasteurella pestis, Vibrio cholerae, Paseurella tularensis

Samim tim razvoj biotehnologije otvara i veliki broj nerijeenih pitanja, od pitanja intelektualne svojine i prava pristupa genetikim podacima, do kompleksnih etikih problema koji se u ovom trenutku postavljaju kako pred naunicima, tako i pred irom javnocu. Mnogi prognoziraju da ce se tokom naredne decenije upravo zahvaljujui sekvencioniranju genoma poslovanje u razvijenim zemljama svijeta usmjeriti u pravcu biotehnologije, dok ce Internet i informatika biti potisnuti sa dananje vodee pozicije. Izradu grube sheme ljudskog genoma mnogi smatraju najveim naunim dostignuem dvadesetog veka. Iitavanje genoma otvorie nova podruja u oblasti nauke i medicine ali dovesti i do velikih promjena kako u sferi industrije, ekonomije i drugih nauka tako i u kompletnom nainu razmiljanja i gledanja na svijet. Usmjereno manipulisanje genetskim materijalom postalo je realnost, a istraivanja su poela da teku u pravcu razvijanja sve savrenijih instrumenata i metoda. Tako da nam ostaje da se nadamo (a i da se potrudimo) da prednosti novih23

dostignua biotehnologije budu dominantne u odnosu na nedostatke, i da tako donoprinesu razvoju ovjeanstva.

RJENIK

A Antibiotici- antimetaboliti koji stvaraju bakterije ili biljke i koji su toksini ili letalni za druge organizme, bakterije ili gljive B Bakteriofag - virus koji moe da poslui kao vektor za kloniranje; prednosti su mu to se treina njegovog genoma moe zamijeniti stranom DNA, a da to ne utie na njegovu sposobnost da inficira32 bakreriju D Dirigovana mutacija- prethodno odreivanje funkcija proteinskog produkta toga gena DNA- polinukleotidi, dvolanani molekul, sadri azotnu bazu, fosforni ostatak i dezoksiribozu, ima ulogu prnoenja i uvanja genetikih informacija E Ekspresioni vektor- plazmid ili bakteriofag koji je konstruisan tako da sadri neki bakterijski gen zajedno sa promotorom, i restrukciono mjesto unutar toga gena, tako da se ispitivani fragment moe unijeti u gen Enzimi- proteinski molekuli koji katalizuju hemijske reakcije u ivim organizmima Epizomi- plazmidi koji mogu da se integriu u glavni hromozom G Gen- najmanja jedinica koja tokom prenoenja kroz generaciju ne gubi identitet, to je osnovna jedinica nasljeivanja Genetika rekombinacija- proces rearaniranja genetike informacije izmeu dvije ili unutar jednog molekula DNA Genetika struktura- tip i uestalost genetikih varijanti koji su svojstveni za odreenu populaciju Genetika varijabilnost- istovremeno prisustvo razliitih genetikih varijanti u populaciji Genetiki inenjering (sin algenija)- skup tehnika preko koih se moe mijenjati genom jednom organizna Genetiki kod- skup odnosa izmeu triplete nukleotida u iRNA i dvadeset aminokiselina u proteinima Genetiko kloniranje- proces stvaranja velikog broja kopija odreenog fragmenta DNA Genotip- genetika osnova organizma koja je odgovorna za razvie specifinih karakteristika

32

(lat. In facere, inficere) med. zaraziti, zatrovbati, unijeti klice neke bolesti u mikroorganizam

24

H Hromozom- prstenaste, kod bakterija, i tapiaste, kod eukariota, strukture koje nose linearno rasporeene gene I iRNA- informaciona ribonukleinska kiselina, koja prenosi informacije za vrijeme sinteze proteina K Klon- grupa elija ili organizama koja je izvedena iz jedne elije ili zajednikog pretka putem mitoze Kodon- triplet nuikleotida koji odreuje mjesto odreene aminokiseline u polipeptidnom lancu Kozmid- vektori koji predstavljaju korisnu kombinaciji plazmida i faga M Mitohondrije- organele eukariota u kojima se odvija energetsi metabolizam Mutacija- nasljedna promjena genetikog materijala- nije uslovljena segragacijom ili rekombinacijom gena Mutagen- agens koji poveava stope mutacije N Nukleinska kiselina- polinukleotidi, ija je bioloka funkcija uvanje i prenoenje genetikih informacija; sreemo se sa DNA i RNA Nukleotid- Element nuklein. kiselina, sastoji se od azotne baze, pentoze i fosforne grupe P Proteini- polipeptidi, ija je bioloka uloga raznovrsna- transportna, strukturna, zatitna, regulatorna...R Replikacija DNA- udvajanje genetikog materijala, koji uvijek prethodi diobi; dva nova lanca DNA se sintetiu naspram starih lanaca po principu komplementarnih nukleotida; nakon toga kerka elije posjeduje jedn stari, jedan novi DNA lanac Plaka- na podlozi se vide kao mrlje krunog oblika; svi virusi jedne plake su identini Plazmid- mali, kruni, dvolanani molekul DNA, koji se prirodno nalazi u elijama i bakterijama kvasca; replikuje se nezavisno od genoma RNA- ribonukleinska kiselina, koja je za razliku od DNA jednolanana i umjesto timina ima uracil, a umjesto deoksiriboze ima ribozu rRNA- ribozomalna ribonukleinska kiselina, koja ulazi u sastav ribozoma T Transformacija bakerije- proces unoenja rekombinantne DNA u bakteriju Transkripsijaproces u kome RNA polimeraze prepisuju nukleotidni nizovi molekula DNA u komplementarne nizove ribonukleotida, gradee molekul RNA kao vijerne kopije molekula DNA Translacija- ribozom povezuje aminokiseline polipeptidnim vezama onim redoslijedom koji je odreen redoslijedom kodona u molekulu iRNA, gradei polipeptide 25

Transpozoni- mobilni segmenti DNA koji su povezani na svakom kraju sa insertnim segmentima, to im omoguava da se pokreu sa jednog na drugi dio hromozoma, ili sa epizoma ili plazmida na hromozom ili drugi plazmid tRNA- transportna ribonukleinska kiselina koja slui za transport aminokiselina do ribozoma, u translaciji su adapteri33

33

prepoznavaju kodone za one aminokiseline koje nose

26