Β Τεύχος 9ο Κεφάλαιο Flashcards
Ποιος είναι ένας απλός τρόπος για να βελτιωθεί η φυτική και η ζωική παραγωγή;
Ένας τρόπος βελτίωσης της φυτικής και ζωικής παραγωγής είναι οι ελεγχόμενες
από τον άνθρωπο διασταυρώσεις φυτών και ζώων. Για το σκοπό αυτό πραγμα-
τοποιείται επιλογή φυτών και ζώων που έχουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά,
όπως φυτά µε µεγάλο µέγεθος καρπών, µε ανθεκτικότητα σε ακραίες περιβαλ-
λοντικές συνθήκες (Εικόνα 9.1) ή ζώα που παράγουν μεγάλη ποσότητα κρέατος.
Οι οργανισµοί αυτοί διασταυρώνονται µε σκοπό τη δηµιουργία απογόνων µε
επιθυµητά χαρακτηριστικά. Αυτός ο τρόπος βελτίωσης της παραγωγής είναι χρο-
νοβόρος και επίπονος, επειδή απαιτούνται συνεχείς διασταυρώσεις. Επιπλέον οι
απόγονοι που προκύπτουν φέρουν συνήθως ορισµένους µόνο από τους επιθυ-
μητούς χαρακτήρες μαζί με άλλες μη επιθυμητές ιδιότητες.
Πως βοήθησε η γενετική μηχανική στην φυτική και ζωική παραγωγή ; Πως λέγονται τα ζώα που δημιουργήθηκαν;
Η Γενετική Μηχανική δίνει τη δυνατότητα προσθήκης νέων
γονιδίων απευθείας στον οργανισµό. Καθιστά συνεπώς δυνατή
σε σύντοµο χρονικό διάστηµα τη δηµιουργία γενετικά τροπο-
ποιημένων φυτών και ζώων, που έχουν τους επιθυμητούς χα-
ρακτήρες όπως, για παράδειγµα, ανθεκτικότητα σε ασθένειες.
Τα φυτά και τα ζώα που έχουν υποστεί γενετική αλλαγή με τη
χρήση των τεχνικών Γενετικής Μηχανικής ονομάζονται διαγο-
νιδιακά ή γενετικά τροποποιηµένα
Πως αξιοποιήθηκε το agrobacterium?
Το βακτήριο Agrobacterium tumefaciens, το οποίο ζει στο
έδαφος, διαθέτει τη φυσική ικανότητα να µολύνει φυτικά κύτ-
ταρα μεταφέροντας σ’ αυτά ένα πλασμίδιο που ονομάζεται Ti
(Ti = tumor inducing factor). Το πλασµίδιο Ti ενσωµατώνεται
στο γενετικό υλικό των φυτικών κυττάρων, και δηµιουργεί εξο-
γκώµατα (όγκους) στο σώµα των φυτών. Οι ερευνητές, αφού
αποµόνωσαν το πλασµίδιο από το βακτήριο, κατόρθωσαν να
απενεργοποιήσουν τα γονίδια που δηµιουργούν τους όγκους
τοποθετώντας στο πλασµίδιο το γονίδιο που θα προσδώσει στο
φυτό µία επιθυµητή ιδιότητα (Εικόνα 9.3). Το ανασυνδυασµένο
πλασµίδιο εισάγεται σε φυτικά κύτταρα που αναπτύσσονται σε
ειδικές καλλιέργειες στο εργαστήριο. Τα τροποποιηµένα αυτά φυτικά κύτταρα τελικά δίνουν ένα νέο φυτικό οργανισµό, που
περιέχει και εκφράζει το ξένο γονίδιο. Τα διαγονιδιακά φυτά
που δημιουργούνται έχουν την ικανότητα να μεταβιβάζουν τις
νέες ιδιότητες στους απογόνους τους.
Τι στόχο είχαν οι επιστήμονες με τη χρήση της βιοτεχνολογίας στις καλλιέργειες; Ποιο φυτό άλλαξε πρώτα;
Οι προσπάθειες των ερευνητών επικεντρώνονται στη δηµιουρ-
γία γενετικά τροποποιηµένων φυτών τα οποία θα δίνουν τη δυ-
νατότητα στους αγρότες:
• Να προφυλάσσουν αποτελεσµατικά τις καλλιέργειες από
τα έντομα και τα ζιζάνια.Να παράγουν προϊόντα τα οποία έχουν μεγαλύτερη «διάρ-
κεια ζωής» από το χωράφι έως τον καταναλωτή.
Τα κυριότερα φυτά τα οποία έχουν τροποποιηθεί για τις πα-
ραπάνω ιδιότητες είναι η σόγια, το καλαµπόκι (για τροφή των
ζώων), το βαμβάκι, ο καπνός και η ελαιοκράμβη.
Τα έντοµα µπορεί να δηµιουργήσουν µεγάλα προβλήµατα στη
γεωργία και να οδηγήσουν σε σηµαντική µείωση της παραγω-
γής. Μετά το ∆εύτερο Παγκόσµιο Πόλεµο χρησιµοποιήθηκαν
πολλά εντοµοκτόνα. Με την πάροδο των χρόνων όµως έγινε
κατανοητό ότι ήταν επικίνδυνα για την υγεία του ανθρώπου
και προκαλούσαν µεγάλη οικολογική καταστροφή. Ήταν λοιπόν
αναγκαίο να βρεθούν εναλλακτικοί τρόποι αντιµετώπισης του
προβλήµατος.Το βακτήριο Bacillus thuringiensis, που ζει στο έδαφος, πα-
ράγει µια ισχυρή τοξίνη, η οποία μπορεί να καταστρέψει πολλά
είδη εντόµων και σκωλήκων και είναι 80.000 φορές πιο ισχυρή
από πολλά εντοµοκτόνα. Τα βακτήρια αυτά µπορούν να χρησι-
µοποιηθούν για την καταπολέµηση των εντόµων. Αρχικά πολ-
λαπλασιάζονται στο εργαστήριο και στη συνέχεια ψεκάζονται
στον αγρό (Εικόνα 9.4). Όμως η τεχνική αυτή είναι αρκετά δα-
πανηρή, επειδή τα βακτήρια δεν επιβιώνουν για µεγάλο χρονι-
κό διάστημα και κατά συνέπεια χρειάζονται συνεχείς ψεκασμοί.
Για το λόγο αυτό έγιναν προσπάθειες αποµόνωσης του γονιδίου
του βακτηρίου που παράγει την τοξίνη, και µεταφοράς του στα
φυτά. Η μεταφορά στα φυτά έγινε με τη βοήθεια του πλασμιδί-
ου Τι του Agrobacterium tumefaciens. Τα γενετικά τροποποιη-
µένα φυτά θα είναι έτσι ανθεκτικά στα διάφορα έντοµα (Εικόνα
9.5). Το πρώτο φυτό στο οποίο ενσωµατώθηκε το γονίδιο της
ανθεκτικότητας στα έντοµα του Bacillus thuringiensis ήταν το
καλαµπόκι.
Πως γίνεται η τροποποίηση του dna των ζώων; Τι είναι τα διαγονιδιακα ζώα και τί η μικροεγχυση;
∆ιαγονιδιακά ονομάζονται τα ζώα εκείνα στα οποία έχει τρο-
ποποιηθεί το γενετικό υλικό τους µε την προσθήκη γονιδίων,
συνήθως από κάποιο άλλο είδος. Υπάρχουν αρκετές μέθοδοι,
οι οποίες µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την είσοδο του
«ξένου» DNA στα κύτταρα ενός ζώου. Η σημαντικότερη από
αυτές είναι η µικροέγχυση (Εικόνα 9.6). Στη µέθοδο αυτή χρη-
σιμοποιούνται ωάρια του ζώου που έχουν γονιμοποιηθεί στο
εργαστήριο. Σε αυτά γίνεται εισαγωγή του ξένου DNA µε ειδική
µικροβελόνα. Το ξένο γενετικό υλικό ενσωµατώνεται συνήθως
σε κάποιο από τα χρωμοσώματα του πυρήνα του ζυγωτού.
Το ζυγωτό τοποθετείται στη συνέχεια στη μήτρα της «θετής»
μητέρας, ενός ζώου στο οποίο θα αναπτυχθεί το έμβρυο. Η
µικροέγχυση αποτελεί τη µοναδική µέθοδο δηµιουργίας διαγο-
νιδιακών αγελάδων, προβάτων, χοίρων και αιγών.
Πως μπορούν να αξιοποιηθούν τα διαγονιδιακα ζώα; Τι είναι το gene pharming?
Τα διαγονιδιακά ζώα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή
χρήσιμων πρωτεϊνών σε μεγάλη ποσότητα. Όπως έχει ήδη ανα-
φερθεί είναι δυνατή η παραγωγή πρωτεϊνών, όπως η ινσουλίνη
και η ανθρώπινη αυξητική ορµόνη, από βακτήρια. Στις περισ-
σότερες όµως περιπτώσεις οι πρωτεΐνες αυτές δεν είναι ακρι-
βώς ίδιες µε τις πρωτεΐνες του ανθρώπου, επειδή τα βακτήρια
δεν διαθέτουν τους μηχανισμούς τροποποίησης των πρωτεϊνών
που διαθέτουν οι ευκαρυωτικοί οργανισµοί. Μια πολλά υπο-
σχόμενη ιδέα είναι η παραγωγή πρωτεϊνών από κύτταρα των
μαστικών αδένων των ζώων, για παράδειγμα των προβάτων
και των αγελάδων. Με αυτό τον τρόπο θα είναι δυνατή η συλ-
λογή της πρωτεΐνης από το γάλα των ζώων. Αυτός ο τρόπος πα-
ραγωγής ονομάζεται παραγωγή φαρµακευτικών πρωτεϊνών
από διαγονιδιακά ζώα (gene pharming).
Πως παράγεται η Α αντιθρυψινη με gene pharming?
Η πιο επιτυχημένη εφαρμογή αφορά την παραγωγή της αν-
θρώπινης α1
-αντιθρυψίνης (ΑΑΤ = alpha antitrypsin) από πρό-
βατα. Η πρωτεΐνη αυτή παράγεται στο ήπαρ του ανθρώπου και
η απουσία της, που είναι αποτέλεσµα µετάλλαξης του γονιδίου,
έχει ως αποτέλεσµα γενετική ασθένεια, που οδηγεί στο εµφύ-
σηµα. Για την παραγωγή της πρωτεΐνης αυτής από τα πρόβατα
αποµονώθηκε το φυσιολογικό γονίδιο της ΑΑΤ του ανθρώπου
και στη συνέχεια µε µικροέγχυση τοποθετήθηκε σε γονιµοποι-
ηµένο ωάριο προβάτου. Το πρόβατο που γεννήθηκε από το γο-
νιμοποιημένο αυτό ωάριο ήταν η Tracy, της οποίας οι απόγονοι
συνεχίζουν να έχουν το ξένο γονίδιο και να παράγουν την ΑΑΤ.
Οι δυνατότητες παραγωγής τέτοιων ουσιών από διαγονιδιακά
ζώα είναι πολύ μεγάλες (Εικόνα 9.7).
Εκτός από την ΑΑΤ, και άλλες χρήσιµες πρωτεΐνες παράγονται
με τον ίδιο τρόπο, όπως ο παράγοντας IX, μία πρωτεΐνη που
συµµετέχει στο µηχανισµό πήξης του αίµατος και χορηγείται σε
άτοµα που πάσχουν από αιµορροφιλία Β
Ποια είναι η διαδικασία για gene pharming?
Συνοψίζοντας, θα μπορούσαμε να αναφέρουμε ότι τα βήματα
που απαιτούνται για την παραγωγή µιας φαρµακευτικής πρωεΐνης ανθρώπινης προέλευσης από ένα διαγονιδιακό ζώο είναι
τα παρακάτω:
• Αποµόνωση του ανθρώπινου γονιδίου που κωδικοποιεί
τη φαρµακευτική πρωτεΐνη που µας ενδιαφέρει.
• Μικροέγχυση του γονιδίου στον πυρήνα ενός γονιµοποιη-
μένου ωαρίου του ζώου.
• Τοποθέτηση του γενετικά τροποποιημένου ζυγωτού στη
μήτρα ενήλικου ζώου για κυοφορία.
• Γέννηση του διαγονιδιακού ζώου.
• ∆ιασταυρώσεις µε σκοπό να περάσει η τροποποιηµένη
γενετική πληροφορία στους απογόνους.
• Παραγωγή, αποµόνωση και καθαρισµός της φαρµακευτι-
κής πρωτεΐνης.
Είναι φανερό ότι η χρησιµοποίηση διαγονιδιακών φυτών
και ζώων για την αύξηση της φυτικής και ζωικής παραγωγής
παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της κλασικής με-
θόδου των διασταυρώσεων. Αυτά επιγραµµατικά είναι τα πα-
ρακάτω:
• Επιλογή και προσθήκη µόνο επιθυµητών ιδιοτήτων µε
ταυτόχρονη διατήρηση των παλαιών επιθυµητών χαρα-
κτηριστικών.
• Ταχύτατη παραγωγή βελτιωμένων φυτών και ζώων σε σχέ-
ση µε παραδοσιακές τεχνικές.
Πως μπορεί να συνεισφέρει η κλωνοποίηση των ζώων; Ποιο ήταν το πρώτο κλωνοποιημενο ζώο;
Το 1997, όταν οι ερευνητές του Ινστιτούτου Roselin
της Σκωτίας ανακοίνωσαν ότι κλωνοποίησαν ένα
πρόβατο, το νέο έκανε αµέσως το γύρο του κόσµου
με πηχυαίους τίτλους. Το πρόβατο Dolly δημιουργή-
θηκε, όταν ο πυρήνας ενός κυττάρου του µαστικού
αδένα ενός εξάχρονου προβάτου τοποθετήθηκε στο
ωάριο ενός άλλου προβάτου. Από το ωάριο είχε
προηγουµένως αφαιρεθεί ο πυρήνας. Το έµβρυο το
οποίο δηµιουργήθηκε ύστερα από 3-4 διαιρέσεις
εµφυτεύτηκε στη µήτρα θετής µητέρας-προβατίνας, η
οποία γέννησε τη Dolly.
Η δημιουργία της Dolly δεν προξένησε έκπληξη
στους βιολόγους όσο στον υπόλοιπο κόσµο, επειδή
είχε προηγηθεί κλωνοποίηση αµφιβίων από την αρχή
της δεκαετίας του 1960. Παρόµοια τεχνική χρησιµο-
ποιήθηκε και για την κλωνοποίηση θηλαστικών.
Η κλωνοποίηση όμως είναι πολύ χρήσιμη στον πολ-
λαπλασιασμό διαγονιδιακών ζώων. Η δημιουργία
ενός διαγονιδιακού ζώου που παράγει τον ανθρώ-
πινο παράγοντα πήξης του αίµατος, για παράδειγµα,
κοστίζει 1-2 εκατομμύρια ευρώ. Με κλωνοποίηση
µπορούν εύκολα να παραχθούν πολλά πανοµοιότυπα
ζώα και έτσι ακόμη μεγαλύτερες ποσότητες του φαρ-
µάκου.
Η κλωνοποίηση μπορεί επίσης να συνεισφέρει στην
προστασία από την εξαφάνιση διάφορων ζώων του
πλανήτη μας. Στις καταψύξεις πολλών ζωολογικών
κήπων υπάρχουν κατεψυγμένα ωάρια και σπερματο-
ζωάρια ή έμβρυα ζώων που κινδυνεύουν να εξαφα-
νιστούν. Πυρήνες από αυτά τα κύτταρα µπορούν να
µεταφερθούν σε απύρηνα ωοκύτταρα του είδους που
µας ενδιαφέρει και στη συνέχεια να κυοφορηθούν
στο ίδιο ή σε συγγενικό είδος ζώου.
