Genetički

modificirani

organizmi

GMO

Molekularna biologija s genetikom

Studij Farmacija, 3. godina

Što je genetički modificirani organizmi?

Organizmi čiji je genetski materijal izmijenjen uz

pomoć korištenja tehnika genetičkog inženjerstva.

Organizmi kojima je dodan jedan ili više gena

Organizmi kojima je deletiran ili utišan jedan ili

više gena

Produkti genetički modificiranih organizama

Produkti životinja koje se hrane GM hranom

GMO

Genetički modificirane biljke

Genetički modificirane životinje

Genetički modificirani mikroorganizmi

Genetički modificirane biljke

Gotovo sve kultivirane biljke dobivene su

genetskim preinakama

Klasično oplemenjivanje temelji se na

križanjima, koja su započela prije 8-10 000 godina

Oplemenjivanje mutagenezom započelo 20-tih

godina prošlog stoljeća

Oplemenjivanje genetičkim inženjerstvom

započelo 90-tih godina prošlog stoljeća

Genetički modificirane biljke

Mijenja se samo jedan ili nekoliko gena.

Postaju dostupni geni iz bilo kojeg izvora (nesrodne biljne vrste,

mikroorganizmi).

Postojeći geni mogu se pojačati, utišati ili u cijelosti inaktivirati.

Skraćuje se vrijeme potrebno za oplemenjivanje.

Dvije temeljne tehnike unošenja željenih gena u biljni genom

Posredstvom bakterije Agrobacterium tumefaciens

Ispucavanjem gena “genskom puškom” (“gene gun”)

Prednosti tehnologije genetičkog inženjerstva u

oplemenjivanju biljaka

Prirodni proces ugradnje gena bakterije

Agrobacterium tumefaciens u genom biljne stanice

Bakterija A. tumefaciens živi u tlu na korijenju biljaka

Bakterijska stanica sadrži plazmid Ti (‘tumor inducing)

Pri infekciji biljnih stanica dio plazmida Ti ugrađuje se u genom biljke ( T-

DNA regija)

Pod utjecajem integriranih bakterijskih gena biljne stanice formiraju tumorsko

tkivo i proizvode opine, tvari koje bakterijske stanice koriste kao hranu.

1. Stvaranje

transgenične

biljke pomoću

A. tumefaciens

Konstrukcija rekombinantnog Ti plazmida: izolacija Ti plazmida, modifikacija T-DNA

regije (izrezivanje većine bakterijskih gena i ugradnja željenih gena)

Unošenje rekombinantnog plazmida u bakterijske stanice A. tumefaciens, uzgajanje tekuće

kulture bakterijskih stanica

Inkubacija komadića biljnog tkiva u bakterijskoj suspenziji

Ugradnja T-DNA (sa željenim genima) u neke biljne stanice

Selekcija modificiranih biljaka (embrioida-transformanata) na selektivnim podlogama.

Regeneracija transformiranih biljaka i prenošenje u zemlju

2. Unošenje gena u biljni genom genskom puškom

1. Kopije željenog gena vežu se

reverzibilno za sitne zlatne ili

volframove čestice.

2. Čestice se “ispucaju” pod visokim

pritiskom na biljne stanice.

3. U nekim stanicama željeni gen dospije

u jezgru te se ugradi u genom.

4. Transformirane biljke se regeneriraju i

selekcioniraju kao u prethodnoj

metodi.

Primjeri genetički modificiranih biljnih kultivara

Rajčica s odgođenim zrenjem ‘Flavr Savr’

Bt usjevi – biljke otporne na štetočine (kukce)

Biljke otporne na herbicide

Biljke s poboljšanim hranidbenim vrijednostima

Biljke s uklonjenim alergenima

Biljke koje sadrže cjepiva

Rajčica s odgođenim sazrijevanjem plodova ‘Flavr Savr’

Prva GM kultivar odobren za tržište i

komercijalni uzgoj, 1994.

Umanjenom aktivnosti gena za enzim

poligalakturonazu

Uporabljena tehnologija antisense

(protusmislene) RNA

Unesena sintetička nukleinska kiselina

Rajčica povučena s tržišta zbog slabih

prinosa

Bt usjevi – otporni na štetne kukce

Štetni kukci (npr. kukuruzni moljac,

kukuruzna zlatica) – uzrokuju velike

gubitke u poljoprivredi

Starija strategija borbe protiv kukaca

štetočina – zaprašivanje iz aviona prahom

bakterija Bacillus thurigiensis

Bt proteini (endotoksini) iz bakterije

Bacillus thurigiensis – toksični za kukce i

netoksični za čovjeka i životinje

Bt usjevi – otporni na štetne

kukce

GM modifikacija – unošenje

gena za sintezu endotoksina u

biljne stanice

Biljka proizvodi endotoksine

Bt kukuruz, Bt pamuk, Bt soja

Značajno smanjena potrošnja

pesticida

Najčešće se uvodi

otpornost na herbicide

glifosat (‘Roundup’) i

glufosinat (‘Basta’)

Ti herbicidi se brzo

razgrađuju u tlu na

netoksične sastojke čime

se smanjuje mogućnost

zagađenja podzemnih

voda

Biljke otporne na herbicide

Zlatna riža

Riža koja stvara beta karoten, preteče vitamina A

Ubačena tri gena, dva iz sunovrata i jedan iz bakterije

Projekt nije komercijalan, sjeme se besplatno dijeli farmerima u

Kini i Indiji

Biljke s poboljšanim hranidbenim vrijednostima

Žitarice s povećanim količinama željeza i uklonjenim spojevima koji

sprječavaju iskorištavanje željeza

Krumpir s blokiranom sintezom gorkih komponenti (krumpir iz Anda)

Biljke s povećanom tolerancijom hladnoće, suše, slanosti tla. (Npr. jagode i

krumpir otporni na hladnoću)

Biljke s uklonjenim alergenima

Soja, kikiriki i riža bez alergena

Biljke koje sadrže cjepiva

Banana s inaktiviranim virusima kolere, hepatitisa B i dijareje

Ostale mogućnosti

Genetički modificirene kulture komercijalno dostupne

2002. godine

Koliki je udio genetički modificirane hrane u

svijetu?

12% svjetskih obradivih površina trenutno je

zasađeno GM biljkama

Uzgoj i uvoz GM hrane

GM hrana nije jednako prihvaćena u različitim

dijelovima svijeta

U Europi i Hrvatskoj zabranjeno uzgajati GM usjeve

ALI je dozvoljen uvoz

Obveza obilježavanja proizvoda koji sadrže više od

0.9% GM sastojaka u Europi i Hrvatskoj

U SAD-u nema obveze obilježavanja GM proizvoda

Genetički modificirane životinje

GM ovca koja proizvodi ljudski protein α-antitripsin

Krave s unesenim GM goveđim hormonom rasta

GM losos velike mase i ubrzanog rasta

Ovca Tracy

Ovca ‘Tracy’ (1990-97) genetički modificirana s ciljem proizvodnje ljudskog

proteina, alfa antitripsina, u mlijeku.

Protein važan u tretmanu oboljelih od cistične fibroze i emfizema pluća

Postupak: mikroinjekcija strane DNA u pronukleus oplođene jajne stanice

Roslin Institute, Edinburgh, Scotland.

Zanimljivost: prvi kloniran sisavac ovca ‘Dolly’ nastala je s ciljem reprodukcije

životinja kao što je ‘Tracy’.

Krave s unesenim goveđim hormonom rasta

• BST – bovine somatotropin – proizveden genetičkim

inženjerstvom daje se kravama radi poticanja proizvodnje

mlijeka

• Postiže se 20% veća proizvodnja mlijeka i ukupan profit

• Etički dvojbeno:

– Krave obolijevaju od mastitisa, cističnih ovarija, artritisa - tretiraju se

antibioticima

– BST nije rizičan za ljude, ali uzrokuje porast inzulinskog faktora rasta,

koji je kemijski identičan u ljudi i krava i može potaknuti prebrz rast

dojančadi, razvoj dojki kod djece i raka dojki kod žena

• Tretman krava BST-om u Europi zabranjen, u SAD i nekim

drugim zemljana svijeta dozvoljen

Losos ‘AquAdvantage’

Genetički modificirani atlantski losos - AquAdvantage salmon

– ima ubrzani rast i veličinu u odnosu na divlji tip atlantskog

lososa.

U znatno kraćem roku postiže dvostruko veću masu

Genetička manipulacija na promotorima hormona rasta

Losos AquAdvantage – još nije dobio dozvolu FDA (Food and

Drug Administration)

Genetički modificirani mikroorganizmi

Sirevi i kimozin

Tijekom pravljenja sireva u mlijeko se dodaje sirilo –

ekstrakt enzima – najvažniji je kimozin (renin)

Tradicionalno sirilo se dobiva iz želuca telića

Genetičkom modifikacijom u genom kvasca umetnut je

gen za teleći kimozin

GM kimozin gotovo istisnuo tradicionalni teleći kimozin

Procjena rizika vezanog uz GM hranu

Prije dopuštanja komercijalnog uzgoja svaki GM proizvod podvrgava se

sljedećim analizama:

stabilnosti genetske preinake

potencijalne toksičnosti i alergenosti novog proteina/metabolita

nutricionističkog sastava

učinka na biogeokemijske procese

promjene poljoprivredne prakse i potencijalne posljedice

učinka na ciljane i druge organizme (izravan i neizravan)

invazivnosti u okolišu

mogućnosti prijenosa genetskih promjena u genom divljih srodnika i

potencijalne posljedice

procjena učinka na bioraznolikost

Rizici vezani uz proizvodnju GM hrane

1. Zdravstvena ispravnost hrane

Procjena rizika je jednostavna i univerzalna.

Prije stavljanja na tržište za svaki GM kultivar procjenjuje se

Mogućnost prijenosa gena za rezistenciju na antibiotike (marker)

Mogućnost alergijskih reakcija

Svjetska zdravstvena organizacija (WHO): nema dokaza da je genetski

modificirana hrana štetnija za zdravlje ljudi o konvencionalne hrane.

2. Ekološka prihvatljivost

Procjena rizika je složena i mora se provoditi lokalno.

Mogućnost prijenos transgena na divlje srodnike ili korove

(‘superkorovi’)

Moguće ugrožavanje biodiverziteta i razvoj rezistentnih kukaca (Bt

usjevi)

3. Socio-ekonomske posljedice

Monopol velikih biotehnoloških tvrtki nad

proizvodnjom sjemena

Patentiranje sjemena

Slučaj povučene studije koja je navodno dokazala štetnost GM

hrane na miševimaGilles-Eric Séralini et al. (2012) Long term toxicity of a Roundup herbicide and a Roundup-

tolerant genetically modified maize. Food and Chemical Toxicology 50 (11) : 4221–4231

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0278691512005637

Unatoč povučenoj studiji naši mediji pišu:

http://www.slobodnadalmacija.hr/Mozaik/tabid/80/articleType/ArticleView/articleId/232849/Default.aspx

Najnovije: 107

nobelovaca

potpisuju ZA

GM hranu

http://www.jutarnji.hr/globus/Glob

us-zivot/vodeci-hrvatski-

molekularni-biolozi-mi-smo-za-

gmo/4626281/

Nepotreban strah javnosti od GM hrane

.

Genetičko inženjerstvo se kao tehnologija proizvodnje hrane ne smije odbaciti

Nužnost kontinuiranog praćenja najnovijih svjetskih znanstvenih spoznaja o GM

hrani

GM proizvode sagledavati individualno i procijeniti rizike i koristi

Evolucija

Evolucija

• Promjena koja se događa u vremenu na razini vrsta (ne

pojedinaca) i koja objašnjava raznolikost svih živih bića

• Raznolikost – 10-100 milijuna različitih vrsta – uočljive

morfološke i fiziološke razlike među njima

• Zajednički predak (prije 3.8 milijardi godina)

• Promjene nastale uslijed niza manjih, često i neprimjetnih

promjena tijekom mnoštva uzastopnih generacija.

• Charles Darwin 1869. - Postanak

vrsta

https://hr.wikipedia.org/wiki/Evolucija

Podržavanje teorije evolucije u svijetu

https://en.wikipedia.org/wiki/Level_of_support_for_evolution

U Hrvatskoj samo 57% ljudi vjeruje u teoriju evolucije

Raznolikost

Filogenetsko stablo

Dokazi evolucije

• Strukturna adaptacija – mimikrija i

maskiranje

• Fiziološka adaptacija

– rezistencija na antibiotike

• Fosili

• Anatomski homologne i analogne strukture

– Embrionalni razvoj, rudimentarni organi

Mehanizmi evolucije

o Mutacije – slučajne promjene na genima odnosno na DNA

o Genetski otklon (engl. Genetic drift) – slučajne promjene u

frekvenciji pojedinih genetskih varijacija unutar populacije

tijekom vremena

o Učinak uskog grla (engl. The bottleneck effect)

o Učinak utemeljitelja (engl. Founder effect)

o Prirodna selekcija

o Specijacija - izolacija i migracija

o Adaptivna radijacija

Prirodna selekcija

o ne-slučajni i postepeni proces kojim pojedine genetske varijacije i

mutacije postaju manje ili više zastupljene u nekoj populaciji, a

pozitivno ili negativno utječu na sposobnost preživljavanja i

reprodukcije tog organizma u nekom okolišu

• Nije slučajna, događa se pod ekološkim pritiscima i sposobnosti

organizma da se prilagodi

• Kompeticija

• Prekomjerni broj u populaciji (veći broj potomaka nego sama veličina

populacije koja se ne mijenja)

• Adaptacija (prilagodba) – strukturna (izgled), kemijska, ponašanje

• Maskiranje, boje upozorenja, mimikrija

Podjela evolucije s obzirom na trajanje

• Mikroevolucija - manje sukcesivne promjene u genskoj

zalihi određene populacije od jedne do druge generacije

– Stvaranje novih vrsta

– Glavni faktor izolacija (geografska, ekološka, reprodukcijska,

genska)

• Makroevolucija - razvoj viših sistematskih skupina

(porodica, red, razred)

– pomicanje skupine organizama u nove adaptivne zone

• Megaevolucija - pojava novih bioloških sustava ili tipova

organizacije

Molekularna evolucija

• Sekvenciranje genoma

• Filogenetska stabla

• Bioinformatička analiza

genomskih sekvenci