Geneticky modifikované organismy Ivo Frébort KBC/BAM
Klonování a genetické modifikace Sci-fi
Skutečnost
Dolly the Sheep
Genetické modifikace a baktérií a kvasinek Běžná praxe
Nadexprese proteinů
Velkoobjemové buněčné kultury - fermentory
Využití bakteriálních a kvasinkových expresních systémů Biotech chymosin • Enzym používaný pro srážení mléka při výrobě sýrů • Dříve izolován z telat • Nyní kvasinkový gen transformovaný do baktérie
bST (bovine somatotropin) • Hormon zvyšující u krav produkci mléka • Dříve pracně izolován z hypofýzy krav • Gen z krávy naklonován do baktérie • Přidává se do krmiva Source: Rent Mother Nature
Lidský insulin (Humulin®)
• insulin – polypeptid (51 ak) • inzulín pro léčbu diabetiků byl extrahován z pankreatu prasat • prasečí insulin se liší pouze dvěmi aminokyselinami • někteří diabetici však produkovali protilátky proti živočišnému insulinu • lidský insulin se začal syntetizovat uměle (drahé) • 1982 poprvé připraven pomocí rDNA technologie • od devadesatých let se produkuje ve velkém a levně lidský insulin pomocí transgenních kvasinek (Humulin®)
Výroba farmaceutik a očkovacích látek
Genetické modifikace a klonování zvířat Počáteční pokusy
Klonování savců – transplantace jádra
Dolly (15.6. 1996 - 13.2. 2003)
Dolly a její náhradní matka
Dolly a její „otec“ Ian Wilmut
Dolly s prvorozeným jehnětem Bonnie (13.4.1998)
Klonování savců – malá úspěšnost, problémy • Velmi malá klonovací úspěšnost, většinou pod 1% • Vysoká úmrtnost čerstvě narozených klonů • Časté fyzické deformace, selhání imunity • Artritida, srdeční arytmie, respirační problémy • Problém se stářím klonů - telomery
Využití transgenních zvířat • Bioreaktory - domácí zvířata produkující mléko, do kterého je vylučován produkt transgenu – Terapeutické proteiny - inzulín, erytropoetin atd. – Pavoučí protein (kozy fy NEXIA) – neprůstřelné vesty • Produkce „zdravých“ zvířat – produkce drůbeže s masem, které má nižší obsah tuku – produkce vajec se sníženým obsahem cholesterolu • Zvyšování nemocem
odolnosti
hospodářských
zvířat
proti
• Xenotransplantace – prasata imunokompatibilní s člověkem
Zakázkové klonování domácích mazlíčků (2004-2006)
genetický dárce
cena za jeden klon: 32 000 $
cena za uložení buněk z mrtvého či živého zvířete do banky : 850 $
gizmo
klony
malý gizmo
tahini
nicky
baba nanusch a tabouli
malý nicky
Konzervační biologie • Klonování ohrožených druhů • Antilopa bongo, malajský gaur • Tasmánský tygr (vyhuben 1930) • Mamut ? • Dinosauři – sci-fi - DNA degradovaná • Reprodukční problémy klonu
Glofish, první geneticky modifikovaný živočich, který se prodává jako domácí zvíře
http://www.glofish.com/
Geneticky modifikovaný losos • Geny pro chladovou toleranci • Přijímá potravu i v chladném období • Roste rychleji
Aqua Bounty Technologies (USA)
Svítící potkani vás mohou přijít draho
Domácí chov, nošení na veřejnosti, prodej nebo darování těchto zvířat je porušením zákona. Za prohřešky proti zákonu o nakládání s geneticky modifikovanými organismy hrozí pokuta až do výše 5 milionů korun
Genetické modifikace a klonování rostlin Velký rozvoj
Šlechtění kulturních plodin Zemědělské plodiny jsou výsledkem zásahů do genetické informace trvajících více než 10 000 let
+ Triticum urartu (2n = 2x = 14; AA)
+ Ae. speltoides 2ń = 2x = 14;BB
+
H. chilense 2n = 2x = 14
= Ae. squorrosa 2ń = 2x = 14; DD
= H. spontaneum 2n = 2x = 14
Transformace pomocí Agrobacterium tumefaciens - Půdní baktérie, vyvolává tvorbu nádorů u rostlin - Přenáší do genomu rostliny část plasmidu
Ti plasmid
Příprava transgenních rostlin
Genové dělo Nastřelování DNA do buněk pomocí zlatého prachu
Využití genetických modifikací rostlin • Zvyšování výnosů (boj s plevelem, odolnost proti škůdcům)
• Obohacená krmiva pro dobytek (lysin) • Potraviny obsahující vitamíny • Jedlé vakcíny (rozvojové země, brambor, banán – hepatitida B, cholera)
• Fytoremediace půdy (odstraňování těžkých kovů) • Molekulární farmaření (výroba léčiv – protilátky, terapeutika, bioplasty)
• Umlčování genů (oddálení dozrávání, rajče, květiny)
Odolnost rostlin k herbicidům - Roundup
Gen pro rozklad glyfosátu
Sója odolná vůči herbicidům
Více než 80% ploch na světě oseto RR sójou
Kukuřice - rozmach škůdců Vyvolávají druhotné napadení plísněmi - mykotoxiny
Bt- kukuřice - odolná vůči hmyzím škůdcům
- Široce rozšířena v USA (90%) - Je povolena k pěstování v EU
Bacillus thuringiensis - d-endotoxin
- Specifický účinek na určitou čeleď hmyzu - Používá se jako ekologický insekticid od 1940 - Člověku neškodí ani dávka ze 2 hektarů
Rizika vzniku rezistentních škůdců
• Rezistence je dědičná • Založena recesivně • Musí se udržovat pole, kde škůdci nejsou vystaveni selekčnímu tlaku • Křížením vzniknou heterozygoti, kteří jsou na Bt citliví
Rezistence vzniká na všechny pesticidy, nejen na GMO!!!
Boj s podvýživou – „zlatá rýže“
• Avitaminóza A u konzumentů loupané rýže (JV Asie) • Ročně oslepne 200 tisíc dětí • Rýže obsahující β-karoten • Je zapotřebí obohatit stravu i o tuky
High laurate canola
1996 – Brassica napus transformována acyl-ACP-thiolesterasou pod specifickým promoterem s cílením do semen zvýšený obsah nenasycené kyseliny laurové na úkor olejové a linoleové myristová palmitová olejová linolová linoleová laurová další
4% 3% 31% 11% 7% 38% 6%
0.02% původně
využití: výroba mýdel a šampónů výroba čokolády výroba rostlinných sýrů light smetana
Obohacení krmiv - změna obsahu zásobních proteinů (obiloviny a luštěniny) A) zvýšení syntézy nedostatkových AK bakteriální mutovaný gen pro DIHYDROPIKOLINÁT SYNTHASU a ASPARTÁT KINASU, které nemají zpětnou inhibici nadbytkem produktu (Lys) transgenní rostliny 100x vyšší obsah lysinu a methioninu ten se ale nezabudovává v tak velké míře do zásobních proteinů. B) transgenoze genu pro zásobní protein zein -28% methioninu 2S-albumin z paraořechů – 18% methioninu
Rozšíření GM/Biotech plodin v roce 2009
http://www.isaaa.org/
Pěstování GM plodin v roce 2010
Nárůst produkce Biotech/GM plodin ve světě
Pěstování GM plodin v USA
Poměr tradičních a GM plodin v roce 2010
sója
bavlník
kukuřice
canola/řepka
Hlavní druhy GMO schválené pro komerční využívaní na území ČR/EU • Řepka – povolen dovoz – tolerantní k herbicidu glufosinátu pro krmiva • Sója – povolen dovoz – tolerantní k herbicidu glyfosátu • Čekanka – povolen dovoz – částečně tolerantní k herbicidu glufosinátu s pylovou sterilitou • Karafiáty – povolen dovoz – se změněnou barvou květu – karafiáty s prodlouženou trvanlivostí • Kukuřice, povoleno pěstování, v ČR 8 tis. ha (2. místo v EU) – rezistentní vůči hmyzu (Bt-endotoxin) (Monsanto) • Brambory Amflora, povoleno pěstování , 150 ha – bez amylosy ve škrobu, průmyslové využití, krmivo (BASF)
