Βιοτεχνολογία (το ανασυνδυασμένο DNA – τα μεταλλαγμένα – η γονιδιακή θεραπεία και η κλωνοποίηση )

¨    Ο όρος Βιοτεχνολογία χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Ούγγρο Kark Ereky το 1919.

Έχει για στόχο   την   παραγωγή σε ευρεία κλίμακα προϊόντων που χρησιμοποιούνται ευρύτατα στη γεωργία (καταπολέμιση παρασίτων και εντόμων, αύξηση αντοχής σε ασθένειες, ξηρασία, παγωνιά, αύξηση διάρκειας ζωής), στην κτηνοτροφία (αύξηση μάζας σε σύντομο χρόνο, αύξηση παραγωγής γάλατος …., αύξηση αντοχής σε ασθένειες, παραγωγή φαρμάκων) , στην ιατρική (γονιδιακή θεραπεία, επιλογή συμβατών οργάνων για μεταμόσχευση),           στη βιομηχανία τροφίμων (παραγωγή μαγιάς, ζυμών, κρασιού, μπύρας, γιαουρτιού, τυριού, ψωμιού) και φαρμάκων (παραγωγή ορμονών, αντισωμάτων, εμβολίων, αντιβιοτικών, βιταμινών), στη μεταλλουργία, αλλά και στην προστασία του περιβάλλοντος (διάσπαση αστικών,γεωργικών,κτηνοτροφικών και βιομηχανικών λυμάτων -μονάδες βιολογικού καθαρισμού-, διάσπαση πετρελαιοκηλίδων).

¨    Βιοτεχνολογία με την ευρεία έννοια είναι η χρήση ζωντανών οργανισμών προς όφελος του ανθρώπου και στηρίζεται κυρίως σε τεχνικές καλλιέργειας των μικροοργανισμών και στην τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA.

¨    Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου γενετικού υλικού (γενετική μηχανική) περιλαμβάνει όλες τις τεχνικές που οδηγούν σε μεταφορά του γενετικού υλικού από τον ένα οργανισμό στον άλλο – συνδυασμός γονιδίων από το DNA διαφόρων οργανισμών – με στόχο την δημιουργία κυττάρων ή οργανισμών με επιθυμητά χαρακτηριστικά. Ο γενετικός ανασυνδυασμός είναι μια φυσική διαδικασία που παρατηρείται στους προκαρυωτικούς, αλλά και στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς.

ΤΟ ΑΝΑΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟ DNA

¨    Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA έδωσε την δυνατότητα της απομόνωσης συγκεκριμένων γονιδίων από το γονιδίωμα οποιουδήποτε οργανισμού, τη μεταφορά τους από ένα οργανισμό σε κάποιο άλλο και την έκφραση αυτών των γονιδίων στα νέα κύτταρα μέσα σε μικρά χρονικά διαστήματα. Σε αυτό το πλαίσιο η μεταφορά και έκφραση γονιδίων ευκαρυωτικών οργανισμών σε βακτήρια ήταν το εντυπωσιακότερο επίτευγμα της τελευταίας εικοσαετίας, που άνοιξε το δρόμο για τη μεταφορά γονιδίων μεταξύ των ευκαρυωτικών οργανισμών και τη δημιουργία διαγονιδιακών ή γενετικά τροποποιημένων φυτών και ζώων.

¨    Μια ιδιομορφία που παρουσιάζουν πολλά βακτήρια (σε σχέση με τα ευκαρυωτικά κύτταρα) είναι ότι περιέχουν δύο είδη DNA. To ένα είδος, που αποτελεί και τη μεγαλύτερη μάζα, είναι το χρωμοσωμικό DNA – 1 μεγάλο κυκλικό μόριο DNA που είναι συνδεδεμένο με την κυτταρική μεμβράνη –  που περιέχει τις απαραίτητες πληροφορίες για τη ζωή του κυττάρου. Το άλλο είδος είναι το πλασμιδιακό DNA (πλασμίδια) – 1 ή περισσότερα μικρά κυκλικά μόρια  DNA  –  που περιέχει  πληροφορίες  όχι  απαραίτητες  αλλά    χρήσιμες  για    την επιβίωση του βακτηρίου. Έτσι, για παράδειγμα, μερικά πλασμίδια έχουν πληροφορίες που επιτρέπουν στα βακτήρια να αναπτύσσονται παρουσία αντιβιοτικών. Τα πλασμίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οχήματα μεταφοράς γενετικού υλικού. Άλλα τέτοια οχήματα είναι το DNA διαφόρων ιών.

¨    Η κατασκευή του ανασυνδυασμένου πλασμιδίου γίνεται με την ακόλουθη διαδικασία:

α) Με ειδικές τεχνικές απομονώνονται τα πλασμίδια από τα βακτήρια.

β) Με τη χρήση της περιοριστικής ενδονουκλεάσης (ένζυμο που απομονώθηκε από το  βακτήριο Escherichia coli  και που κόβει την δίκλωνη αλυσίδα του DNA σε συγκεκριμένα  σημεία αφήνοντας μονόκλωνα συμπληρωματικά κομμάτια στα δύο άκρα), κόβονται το πλασμιδιακό  DNA και το κομμάτι του ξένου DNA που επιθυμούμε να ενσωματώσουμε στο πλασμίδιο.

γ) Το πλασμιδιακό DNA αναμιγνύεται με το ξένο DNA, η προσέγγιση των κομματιών γίνεται τυχαία και η συνένωσή τους γίνεται με τη μεσολάβηση ειδικών ενζύμων (DNA δεσμάση).

δ) Τα πλασμίδια που ενσωμάτωσαν το ξένο DNA, είναι μεγαλύτερα και βαρύτερα και μπορούν εύκολα να απομονωθούν.

ε) Με μια διαδικασία που ονομάζεται μετασχηματισμός τα ανασυνδυασμένα πλασμίδια εισάγονται στα βακτηριακά κύτταρα, όπου αρχίζουν να πολλαπλασιάζονται. Όταν το κύτταρο ξενιστής διπλασιάζεται, περνούν στην επόμενη γενιά αντίγραφα του ανασυνδυασμένου μορίου DNA και η διαδικασία αυτή συνεχίζεται όσο διαρκεί και η ανάπτυξη των βακτηρίων.

στ) Μετά από πολλές διαδοχικές κυτταρικές διαιρέσεις, αναπτύσσεται μια αποικία βακτηρίων, ένας κλώνος, το κάθε κύτταρο του οποίου περιέχει ένα τουλάχιστον μόριο του ανασυνδυασμένου DNA, οπότε και λέμε ότι το γονίδιο που μας ενδιέφερε κλωνοποιήθηκε ( κλωνοποίηση είναι η δημιουργία πανομοιότυπων μορίων, γονιδίων, κυττάρων ή οργανισμών ).

¨    Με το τρόπο αυτό κλωνοποιήθηκαν και παράγονται μαζικά η ανθρώπινη αυξητική ορμόνη, η ερυθροποιητίνη, η ορμόνη ινσουλίνη, η ιντερφερόνη και το εμβόλιο για τον ιό της ηπατίτιδας Β, φαρμακευτικά σκευάσματα με τεράστια σημασία στην θεραπεία συγκεκριμένων ασθενειών. Επίσης, με τεχνητό ανασυνδυασμό του DNA έγινε κατορθωτή η δημιουργία διαγονιδιακών ή γενετικά τροποποιημένων φυτών και ζώων #, που έχουν αποκτήσει ειδικές ιδιότητες, όπως η ανθεκτικότητα στα έντομα, στα ζιζανιοκτόνα και τα αντιβιοτικά, η αντοχή στον παγετό,              η ταχύτερη ανάπτυξη,  η παραγωγή φαρμακευτικών πρωτεϊνών, κ.λ.π. Επιπλέον, άνοιξε ο δρόμος για την γονιδιακή θεραπεία ασθενειών, όπου τα υγιή φυσιολογικά γονίδια εισάγονται στα κύτταρα που εμφανίζουν τη βλάβη από την ασθένεια και αντικαθιστούν τα μεταλλαγμένα γονίδια επαναφέροντας τη φυσιολογική κυτταρική λειτουργία.

ΚΛΩΝΟΠΟΙΗΣΗ

¨    To σενάριο της ταινίας «Jurassic Park» είναι σενάριο επιστημονικής φαντασίας, το οποίο περιγράφει τις γενικές αρχές του γενετικού ανασυνδυασμού, αλλά είναι ανέφικτο στην πραγματοποίηση του. Είναι σωστό ότι το DNA, όπως και ολόκληρος ο οργανισμός μπορεί να διατηρηθεί, κάτω από ορισμένες συνθήκες για εκατομμύρια χρόνια, αλλά παύει να είναι πλέον λειτουργικός. Επίσης δεν μπορεί να συμπληρωθεί το DNA με γενετικό υλικό άλλου οργανισμού και το σημαντικότερο το DNA βρίσκεται στον πυρήνα του κυττάρου στη δομή της χρωματίνης, συνεπώς η οποιαδήποτε πιθανή μεταφορά του σε άλλο κύτταρο (γονιμοποιημένο ωάριο) γίνεται μέσω της μεταφοράς ολόκληρου του πυρήνα. Η αναβίωση ενός νεκρού οργανισμού διατηρημένου  με τον  τρόπο  που  περιγράφεται  στην ταινία  δεν  είναι εφικτή. Πολύ περισσότερο η αναβίωση ενός εξαφανισμένου είδους δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί. Αυτό που είναι εφικτό είναι η δημιουργία κλωνοποιημένων οργανισμών, αντιγράφων προϋπάρχοντος οργανισμού ή η δημιουργία διαγονιδιακών οργανισμών με τη εισαγωγή γονιδίων που μεταφέρουν ιδιότητες από τον ένα οργανισμό στον άλλο. Αν αυτό μπορεί να οδηγήσει στον εφιάλτη που περιγράφεται στην ταινία, η απάντηση είναι ναι, γιατί έχει αποδειχθεί, όπως και με την πυρηνική ενέργεια, ότι η χρήση της τεχνολογίας γίνεται πολλές φορές για σκοπούς που βλάπτουν παρά ωφελούν τον άνθρωπο. Η βιολογική τεχνολογία είναι η τεχνολογία του 21ου αιώνα και το μέλλον θα δείξει προς ποια κατεύθυνση θα χρησιμοποιηθεί.

¨    Στις 5 Ιουλίου του 1996 γεννήθηκε στη Σκωτία η Ντόλυ , το πιο διάσημο πρόβατο στον κόσμο – το πρώτο  κλωνοποιημένο θηλαστικό. Μετά από 3  χρόνια  η Dolly φαίνεται γερασμένη,     το γενετικό της υλικό με συσσωρευμένες βλάβες από την προηγούμενη ζωή του, δεν είναι ικανό να προωθήσει τις ανάγκες της νέας ζωής. Τελικά πέθανε σε ηλικία 6 ετών  ( ο μέσος όρος ζωής ενός προβάτου είναι τα 12 χρόνια), γεγονός που προβλημάτισε την επιστημονική κοινότητα.  Έγιναν 277 ανεπιτυχείς δοκιμές προτού γεννηθεί η Ντόλυ!

http://learn.genetics.utah.edu/content/tech/cloning/

¨    Τα ηθικά, κοινωνικά και νομικά προβλήματα που προκύπτουν από την εφαρμογή της κλωνοποίησης στον άνθρωπο, που είναι πιθανό να επιχειρηθεί στο μέλλον είναι πραγματικά τεράστια. Όλα όσα ξέραμε για τη δημιουργία της καινούργιας ζωής ανατρέπονται αφού η σύμπραξη του θηλυκού με το αρσενικό δεν είναι πλέον απαραίτητη. Οποιοσδήποτε μπορεί να δημιουργήσει αντίγραφα του εαυτού του, για να ικανοποιήσει την ματαιοδοξία του, με ότι αυτό συνεπάγεται. Είναι ανάγκη λοιπόν να θωρακιστεί η κοινωνία μας από τέτοιου είδους επιλογές και να χρησιμοποιηθεί η νέα τεχνολογία προς όφελος του ανθρώπου. Για παράδειγμα η κλωνοποίηση διαγονιδιακών ζώων που παράγουν   τον   ανθρώπινο  παράγοντα   πήξης  του  αίματος  ή την α1-αντιθρυξίνη, θα οδηγήσει σε μείωση του κόστους των αντίστοιχων φαρμάκων. Πρέπει να σημειωθεί ότι η δημιουργία ενός διαγονιδιακού ζώου που παράγει τον παράγοντα πήξης κοστίζει 300-600 εκατομμύρια δραχμές. Η δημιουργία πολλαπλών αντιγράφων του ζώου αυτού θα έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή ακόμη μεγαλυτέρων ποσοτήτων φαρμάκου με χαμηλότερο κόστος. Οι μεγάλες φαρμακοβιομηχανίες έχουν επενδύσει πολλά χρήματα στη νέα τεχνολογία και βέβαια αναμένουν τεράστια κέρδη τα επόμενα χρόνια.

δες τα βίντεο: http://www.youtube.com/watch?v=Jy15BWVxTC0&feature=related και

http://www.youtube.com/watch?v=pmymop_bFwc&feature=player_embedded#at=75

Μάθε για τη γονιδιακή θεραπεία:  http://learn.genetics.utah.edu/content/tech/genetherapy/

# Η δημιουργία γενετικά τροποποιημένων φυτών επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ενός βακτηρίου, του Agrobacterium tumefaciens, που προκαλεί όγκους στην περιοχή του βλαστού που έρχεται σε επαφή με το έδαφος. Η ασθένεια εμφανίζεται στα ψυχανθή, τα εσπεριδοειδή και τα διακοσμητικά φυτά. Το βακτήριο διαθέτει ένα μεγάλο πλασμίδιο που ονομάζεται Ti, το οποίο μεταφέρεται στο φυτικό κύτταρο και ενσωματώνεται στο φυτικό DNA μετασχηματίζοντας τα φυτικά κύτταρα και επάγοντας ταυτόχρονα ουσίες χρήσιμες για το βακτήριο, που ονομάζονται οπίνες. Αν λοιπόν το πλασμίδιο αυτό ανασυνδυαστεί με την προσθήκη ενός γονιδίου, από άλλο φυτό, θα μπορεί το ανασυνδυασμένο πλέον βακτήριο να χρησιμοποιηθεί για να τροποποιήσει φυτικά κύτταρα σε κυτταροκαλλιέργεια. Τα γονίδια που προκαλούν όγκους στα φυτικά κύτταρα απενεργοποιούνται έτσι ώστε το ενσωματωμένο στο φυτικό DNA πλασμίδιο να μην προκαλεί όγκους. Τα τροποποιημένα φυτικά κύτταρα τελικά δίνουν ένα νέο οργανισμό, που περιέχει και εκφράζει το ξένο γονίδιο. Τέτοια γονίδια μεταφέρουν ιδιότητες όπως την παραγωγή τοξίνης που σκοτώνει τα έντομα, την αντοχή στα ζιζανιοκτόνα, στα αντιβιοτικά, στους ιούς, στα βακτήρια, στους μύκητες και στον παγετό, καθώς και την καθυστέρηση ωρίμανσης και την παραγωγή φαρμακευτικών πρωτεϊνών.

Τα διαγονιδιακά ζώα δημιουργούνται με μια τεχνική που ονομάζεται μικροέγχυση που συνίσταται στην εισαγωγή του DNA με ειδική μικροβελόνα στον πυρήνα του ωοκυττάρου. Στην μέθοδο αυτή χρησιμοποιούνται ωάρια  του ζώου που έχουν γονιμοποιηθεί στο εργαστήριο. Στο στάδιο του ενός κυττάρου μικρή ποσότητα του ξένου γονιδίου μικροεγχύεται στον πυρήνα του ωοκυττάρου. Το γονιμοποιημένο ωάριο εμφυτεύεται στη μήτρα  της «θετής μητέρας», όπου αναπτύσσεται το έμβρυο. Στη συνέχεια γίνεται έλεγχος των απογόνων για την ύπαρξη του ξένου γονιδίου και διασταυρώσεις για να περάσει η τροποποιημένη γενετική πληροφορία στους απογόνους. Με αυτό τον τρόπο έχει γίνει κατορθωτό στο γάλα των διαγονιδιακών ζώων να εκκρίνονται φαρμακευτικές πρωτεΐνες, όπως η ινσουλίνη, οι παράγοντες πήξεως VIII και IX, ο ενεργοποιητής πλασμινογόνου, οι ιντερφερόνες, η α1-αντιθρυψίνη και η αυξητική ορμόνη. Άλλες ιδιότητες που μεταφέρονται σε διαγονιδιακές αγελάδες, πρόβατα, χοίρους είναι η ταχύτερη ανάπτυξη, η αντοχή στις χαμηλές θερμοκρασίες, αλλά και γονίδια για ασθένειες.

δες την τεχνική της μικροέγχυσης :  http://www.youtube.com/watch?v=hepoJgGJtNc

Advertisements
This entry was posted in βιολογία Γ γυμν. and tagged , , , , , , , , , . Bookmark the permalink.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s