Vietoj įžangos
Nuo 1900m., kai iš naujo buvo atrasti Mendelio dėsniai, genetikai toli pažengė į priekį: nuo 1902 m. Walter S. Sutton ir Theodor Boveri padaryto atradimo, kad genai yra chromosomose, iki 1973 m. Stanley Cohen atlikto eksperimento, kai į bakterijos ląstelę buvo įterpti augalų ir gyvūnų genai, ar iki 1997 m., kai Ian Wilmut klonavo ir užaugino avį Dolly. Tai atvėrė naują Dnr technologijos erą.
Nors augalų ir gyvūnų selekcija, norint gauti reikiamą fenotipą, vyko nuo pat civilizacijos pradžios, tačiau šiuolaikinė biotechnologija, dar vadinama genų inžinerija, pagrįsta manipuliacijomis su DNr už gyvos ląstelės ribų, yra galingesnė ir novatoriškesnė technologija. Šios genų inžinerijos metodais galima sukonstruoti ląsteles, kurios turi rekombinantinę DNR ir geba gaminti naują, joms nebūdingą baltymą.
Šiame straipsnyje bandysime trumpai apžvelgti genų inžinerijos metodus, gaunamus produktus bei šios technologijos keliamas baimes.
Genų klonavimas
Rekmbinantinė DNR (rDNR) sudaryta iš DNR, gautos iš dviejų skirtingų šaltinių. Gamindamas rDNR, inžinierius genetikas iš pradžių pasirenka vektorių – priemonę, kurios pagalba rekombinantinė DNR įvedama į ląstelę-recipientą. Dažnai vektoriais būna plazmidės – mažos papildomos žiedinės DNR molekulės. Vektoriais gali būti ir virusai, pvz.: bakteriofagas lambda.
Svetimą DNR į vektoriaus genetinę informaciją įterpti reikia dviejų fermentų. Pirmasis, vadinamas restriktaze, perkerpa plazmidės DNR, o antrasis, vadinamas DNR ligaze, įterpia svetimą genetinę informaciją į tarpą, kurį atvėrė restriktazė.
Kiekviena restriktazė iškerpa DNR tik tam tikroje vietoje. Tad į DNR molekulėje atsiradusį tarpą galima įterpti svetimos DNR atkarpą, jei tik jos galuose esančios bazės yra komplementarios plazmidės kirpimo vietoje esančioms bazėms. Kad tai įvyktų, reikia svetimą DNR perkirpti to paties tipo restriktaze. Gautos DNR atkarpos sujungiamos DNR ligaze ir gauta rDNR įterpiama į ląstelę-recipientą. Šiai ląstelei dauginantis, dauginasi ir įterpta DNR atkarpa – genas ar genų grupė, kuri veikia taip, tarsi ir toliau būtų toje ląstelėje, iš kurios buvo paimtas. Vyksta genų klonavimas. Tad tyrėjas iš šios ląstelės gali gauti klonuotą geną arba jo baltyminį produktą.
Toks genų klonavimas naudojamas, kai reikalingas didelis baltymo produkto kiekis, arba kai reikia, kad sekvenuojama DNR būtų savo įprastinės konfigūracijos.
Kai reikia replikuoti labai trumpas DNR atkarpas, naudojamas PGR – polimerazinės (polimerazė – fermentas, vykdaantis DNR replikaciją ląstelėje) grandininės reakcijos metodas. Šiuo metodu laboratoriniame inde galima padauginti milijonus vieno geno ar bet kurios specifinės DNR atkarpos kopijų.
Prieš atliekant PGR, reikia turėti pradmenis – maždaug 20 bazių sekų, kurios būtų komplementarios replikuojamos DNR bet kuriai grandinei. Pradmenys būtini, kadangi DNR polimerazė replikacijos proceso nepradeda, tik jį tęsia arba išplečia. Kai pradmenysprisijungia prie komplementarių DNR grandinės bazių, DNR polimerazė nukopijuoja pasirinktą DNR.
Biotechnologijų produktai
Vystantis biotecnologijoms, moksliniai tyrimai buvo pradėti taikyti praktikoje – vakcinų, hormonų gamyboje.
Anksčiau įvairiomis ligomis sergantiems žmonėms reikalingi hormonai buvo gaunami iš gyvulių ar lavonų tuos hormonus gaminančių organų. Tai būdavo brangu ir kartais sukeldavo alergines reakcijas. Dabar šie hormonai gaunami biotechnologijų būdu. Šis procesas atpigino ir padarė saugesnus insuliną, augimo hormonus, tPa, interferonus, eritropoetiną, ceradazę ir kt.
Praeityje vakcinos buvo gaminamos iš apdorotų bakterijų arba virusų ir kartais sukeldavo ligas, nuo kurių turėdavo apsaugoti. Dabartinės vakcinos, gaminamos sukuriant genetiškai modifikuotas bakterijas, yra saugesnis ir efektyvesnis.
Trnsgeniniai organizmai
Kitas svarbus biotechnologijų produktas – trnsgeniniai organizmai (tai laisvai aplinkoje gyvenantys ir turintys svetimą geną organizmai).
Genetiškai modifikuotos bakterijos padeda stiprinti augalus (pvz.: skatinančios ledo kristalų susidarymą ant augalų bakterijos, jas modifikavus to nebedarė), valyti teršalus (pvz.: modifikuotos bakterijos neleidžia iš pramonės įmonių į aplinką patekti toksinėms medžiagoms), tarnauja chemijos ir kalnakasybos pramonėje (pvz.: sustiprinamas gebėjimas iš neturtingų rūdų išskirti įvairius metalus).
Genetiškai tobulinami ir augalai (soja, medvilnė, liucerna, ryžiai, bulvės, kukurūzai ir kt.). Jiems įvedami atsparumą vabzdžiams, virusams, herbicidams ir kt. aplinkos poveikiams didinantis, maistingumą skatinantis ir sandėliavimą lengvinantys genai.
Transgeniniai gyvūnai išskiria pieną, kuriame yra medžiagų, didinančių žmogaus atsparumą įvairioms ligoms (pvz.: skrandžio ir žarnų infekcijoms).
Biotechnologijų keliamos baimės
Kaip ir kiekviena nauja technologija, genų inžinerija kelia ir naujų rūpesčių. Štai keletas žmones gazdinančių šios tachnologijos aspektų:
1. Herbicidams atsparūs augalai leis ūkininkams naudoti daugiau šių cheminių medžiagų įvairioms piktžolėms ir kenkėjams naikinti. Tai terš aplinką, o augalų vaisiuose susikaupę chemikalai pateks ant mūsų stalo.
2. Genetiškai modifikuoti augalai ar gyvūnai išplis ir užgoš natūralius.
3. Piktžolės susikryžmins su herbicidams atspariais modifikuotais augalais ir išplis dirbamuose laukuose.
4. Maitinantis genetiškai modifikuotais organizmais galima susirgti įvairiomis ligomis.
Genų terapija
Gydant genų terapija paciento defektyvūs genai pakeičiami sveikais. Genų terapija naudoja genus gydant genetinius sutrikimus ir kitas ligas. Egzistuoja ex vivo ir in vivo genų terapijos metodai.
Ex vivo (už gyvo organizmo ribų) terapijos metu paimamos paciento ląstelės, apdorojamos ir vėl grąžinamos į paciento organizmą. Retrovirusas, turintis iš RNR sudarytą genomą, dažnai naudojamas kaip vektorius sveikiems genams pernešti į paciento ląstelę, kai rekombinantinė RNR iš retroviruso įterpiama į žmogaus ląstelę, įvyksta atvirkštinė transkripcija. Gautoji DNR atneša normalų geną į žmogaus genomą. Šiuo metodu gydomos kombinuotas imunodeficito sindromas (SCID) ir šeiminė hipercholesterolemija.
In vivo (gyvo organizmo viduje) terapijos metu iš paciento organizmo ląstelės neimamos. Procedūrų metu virusai, laboratorijoje užaugintos ląstelės, ar sintetiniai pernešėjai naudojami genams įterpti į paciento organizmą. Šiuo metodu gydoma mukoviscidozė, stimuliuojama imuninė sistema kovai prieš vėžį, o ateityje gali būti taikoma hemofilijai, diabetui, Parkinsono ligai ar AIDS gydyti.