Post on 09-Aug-2015
description
transcript
Pagina | 1
CONSIDERAŢII PRIVIND
FOLOSIREA O.M.G.-URILOR
Autor: KELEMEN ALEXANDRU
2013
Pagina | 2
CUPRINS
INTRODUCERE……………………………………………………………pag. 3
CAPITOLUL I
1. Ingineria genetică……………………………………………………....pag. 5
CAPITOLUL II
2. Ce este un O.M.G?..……………………………………………...……pag.10
2.1. Istoria O.M.G. – urilor…………………………………….…….…pag.10
2.2. Etape pentru obţinerea O.M.G. – urilor……………………………pag.13
2.3. Metode pentru transferul genelor………………………..…………pag.14
2.4. Exemple de O.M.G. – uri………………………………………..…pag.16
CAPITOLUL III
3. Aplicaţiile O.M.G. – urilor………………………………………….…pag.18
3.1. Medicina……………………………………………………………pag.18
3.2. Cercetarea…………………………………………………..………pag.20
3.3. Industria…………………………………………………….………pag.23
3.4. BioArta şi divertisment………………………………………….…pag.24
3.5. Agricultura…………………………………………………………pag.24
3.5.1. Situaţia O.M.G. – urilor în agricultura mondială………………..…pag.25
3.5.2. Exempe de O.M.G. – uri din agricultură……………………...……pag.27
CONCLUZII…………………………………………………………...……pag.29
BIBLIOGRAFIE……………………………………………………………pag.30
Pagina | 3
INTRODUCERE
În anul 2011, la editura Tehnică s-a publicat cartea “Lumea pe marginea
prăpastiei” scrisă de Lester R. Brown, preşedintele organizaţiei Earth Policy
Institute din Washington, D.C. Aşa cum sugerează titlul acestei cărti, contextul
actual în care se afla omenirea este unul de risc iminent. Din afirmaţia precedentă
decurge necesitatea definirii termenilor de “context actual” şi “risc”.
Contextul actual presupune prelucrarea şi împărţirea resurselor planetei la o
populaţie de 7.000.000.000 de suflete omeneşti, cifră în continuă creştere, care
necesită din ce în ce mai mult aer curat, apa potabilă şi pentru irigaţii, hrană
conformă cu cerinţele nutriţionale, teren pentru locuit şi agricultura, etc, în timp ce
Pământul nu poate suferi procese de creştere cantitativă (deşi există şi astfel de
teori…).
Riscul care ne paşte este tendinţa tot mai accentuată de dezechilibru, la nivel
planetar, alimentată de practici de obţinere a resurselor, sub formă de produs finit,
neeficiente. Subliniez că dezechilibrul se referă şi la creşterea potenţial infinită a
necesităţilor omului vis-à-vis de capacitatea limitată a planetei de a i le satisface,
fenomen ce ne poate împinge peste “buza prăpastiei” dacă nu sunt luate masurile
potrivite.
Este uşor de dedus că, în asemenea condiţii, agricultura joacă un rol
important pentru omenire, putându-i fii “mumă sau ciumă” în funcţie de cum alege
aceasta să o practice. În prezent, moartea prin inaniţie nu este ceva rar întâlnit,
acest fenomen fiind un indicator al faptului că agricultura practicată astazi, şi
modul de valorificare al producţiei nu sunt atât de eficiente precum am fi tentaţi să
credem, dacă luăm în calcul faptul că în S.U.A. recoltele de porumb depăşesc 10
tone/ha [5]. Şi totuşi, o producţie de porumb (una din cele mai cultivate trei cereale
Pagina | 4
la nivel mondial, alături de grâu şi orez) de 10 tone/ha este una uimitoare şi dă
speranţe că omenirea poate fi încă salvată.
Principalele trei cauze care au condus la creşterea productivităţii soiurilor de
cereale sunt [5]:
utilizarea irigaţilor;
folosirea pe scara largă a îngrăşămnitelor chimice;
cultivarea unor soiuri de cereale de mare productivitate.
Lucrarea de faţă se va ocupa de cea din urmă cauză, vizând, aşa cum
sugerează şi titlul, organismele modificate genetic şi impactul acestora în
eficientizarea agriculturii.
Menţionez că am ales porumbul pentru a face legătura dintre contextul
actual în care traeşte omenirea şi subiectul acestui referat, O.M.G.-urile, datorită
următoarelor motive:
1) porumbul este o cereală care şi-a sporit productivitatea şi prin intermediul
ingineriei genetice, fiind, alături de soia una din principalele resurse
alimentare şi totodată un O.M.G.;
2) în alimentaţia omului şi a
animalelor are caracter aproape ubicuitar,
neexistând pe rafturile din supermarketuri
aproape nici un aliment care să nu conţină
porumb sau produse obţinute din porumb
modificat genetic.
Pagina | 5
CAPITOLUL 1
INGINERIA GENETICĂ
Ingineria genetică reprezintă tehnica ce implică transferul unei anumite
informaţii genetice de la un organism la altul, schimbarea selectivă şi intenţionată a
genelor (materialului genetic) de către om [19], cu scopul ca organismul asupra
căruia se acţionează să manifeste proprietăţi utile omului precum o productivitate
mai mare, producţia de substanţe de uz medical, în cantităţi relativ mari (ex:
hormonul insulin, interferon), rezistenţă sporită la influenţa anumitor factori
stresori, etc.
Manipularea materialului genetic
Cariotipuri sintetice au fost obţinute încă din 1963 la specia Bombyx mori.
Geneticianul Y. Tamiza semnalează la această specie o mutantă naturală
caracterizată prin faptul că larvele purtătoare femele, prezentau pete pe corp ca
efect al translocării unui segment cromozomal din perechea 2 pe hetertosomul W
(întâlnit numai la femele) [11]. Importanţa acestei descoperiri este în primul rând
una practică deoarece permitea sexarea şi eliminarea indivizilor cu o productivitate
scăzută (femelele). Totuşi indivizii mutanţi prezentau unele dezechilibre la nivelul
întregului organism. Din acest motiv Y. Tamiza a obţinut cariotipuri sintetice
printr-un proces de iradiere al acelor mutante, respectiv indivizi care, în segmentul
translocat prezentau doar gena responsabilă de pătarea corpului. Tot în acest sens,
prin iradiere, s-a reuşit transferul unei gene pe cromozomul W al cărei efect este
culoarea neagră a ouălor din care urmează să se dezvolte femele [11].
Himerele (chimera or chimaera). Provine de la himeră, o creatură
mitologică cu cap de leu, corp de capră şi coadă de şarpe. Organism ale cărui
Pagina | 6
celule nu sunt toate derivate din acelaşi zigot. 1. Animal. Individ care manifestă
două sau mai multe genotipuri din doi sau mai mulţi embrioni. Individ derivat din
doi embrioni prin intervenţie experimentală. 2. Plantă. Partea unei plante cu o
constituţie genetică diferită, comparativ cu alte părţi ale aceleaşi plante: poate
rezulta din zigoti diferiti, care cresc împreună sau din fuziune artificială (altoire);
poate fi chiar himeră periclinală, în care un ţesut este amplasat deasupra altuia,
precum mănuşa îmbrăcată pe mînă; himeră mericlinală, la care ţesutul extern nu
acoperă complet ţesutul intern; himeră sectorială, în care ţesuturile se află unul
lîngă altul. 3.Moleculă ADN recombinată, care conţine succesiuni din diferite
organisme [19].
Un exemplu de organism himeră sunt şoarecii alofenici, obţinuti din
combinarea blastomerelor provenite de la doi embrioni diferiţi din punct de vedere
al informaţiei genetice responsabilă de culoarea blănii (figura 1) [11].
Etape [11]:
- cei doi embrioni, în stadiul de 8 celule, sunt disociaşi în celulele componente
prin intermediul enzimei pronază;
- acestea se amestecă şi se incubează pe un mediu de cultură la 37OC ;
- embrionii astfel constituiţi, în stadiul de 126 – 260 de celule, sunt
reimplantaţi în uterul unei femele receptor unde se vor dezvolta până la
fătare.
Pagina | 7
Fig. 1. Metoda de obţinere a şoarecilor alelomorfici
(după Tomiţa Drăgotoiu, 2008)
Pagina | 8
Transferul artificial de gene presupune elementele [11]:
enzime care să realizeze scindarea macromoleculei de A.D.N. în diferite
puncte, denumite enzime de restricţie sau endonucleaze de restricţie;
enzime care determină adiţia de nucleotide la capetele macromoleculei de
A.D.N., denumite terminal transferaze;
enzime responsabile de realizarea legăturilor dintre nucleotidele
complementare, denumite polinucleotid-ligaze;
vectori pentru transferul de gene, respectiv plasmide, virusuri cu A.D.N.,
lipozomi, etc.
Plasmidele sunt molecule circulare de A.D.N. care există în celulele bacteriene şi
sunt capabile de replicare autonomă [19].
Cel mai utilizat virus pentru transferul de gene, este virusul tumoral SV 40. Acesta
are o dimensiune de 5248 perechi de nucleotide [11].
Lipozomi sunt picaturi foarte mici de grăsime în care se pot include gene, enzime,
medicamente, etc [11].
Culturile de celule animale se realizează pentru producţia de diverse
substanţe cu rol în terapeutică (ex: interferonul). Procesul de obţinere al acestor
culturi este mai dificil deoarece celula animală are o structură foarte complexă şi
necesită un timp mai îndelungat de incubare, un mediu de cultură bine echilibrat în
nutrienţi şi o temperatură constantă de 37OC. În acest sens au fost proiectate
bioreactoare speciale care reglează automat parametrii enumeraţi mai sus.
Tehnica hibridării celulelor somatice animale s-a pus la punct plecând de
la observaţiile făcute de cercetătorul francez Georges Baraski în anul 1960. Acesta
a cnostatat că, uneori, în culturile de celule animale are loc fuziunea spontană a
unora dintre ele [11]. Plecând de la această constatare, Georges Baraski şi col. au
reuşit să obţină hibrizi celulari la şoarice .
Pagina | 9
În 1962, Y. Okada foloseşte virusul Sendai, inactivat cu radiaţii ultraviolete
pentru facilitarea fuziunii celulare (figura 2) [11].
Fig. 2. Hibridarea celulelor somatice cu ajutorul virusului Sendai inactivat
(după Tomiţa Drăgotoiu, 2008)
Pagina | 10
CAPITOLUL 2
CE ESTE UN O.M.G.?
Acronimul O.M.G. desemnează sintagma “Organism Modificat Genetic”,
care poate fi definită ca un organism care, prin inginerie genetică, a suferit una sau
mai multe alterări (în sensul de modificări) la nivelul materialului său genetic
pentru a-i conferi noi proprietăţi.
Fig. 3. O.M.G. stilizat
(sursa: http://saltcuantic.wordpress.com/2010/01/10/13-minciuni-despre-organismele-modificate-genetic/)
2.1 . Istoria O.M.G.-urilor
Se poate spune că omul a început să influenţeze genofondurile speciilor de
plante şi animale cu multe mii de ani în urmă, aproximativ 10.000 – 16.000 ani
[10], când a trecut de la stadiul de culegător la cel de cultivator, însă istoria
O.M.G.-urilor propiu-zise, obţinute prin intermediul ingineriei genetice, îşi are
startul în anul 1970 când Gobin Khorana şi echipa sa au realizat sinteza unei gene
alcătuită din 77 de nucleotide de A.D.N. la drojdia de bere [11]. Paul Berg a creat
prima moleculă de A.D.N. recombinat din virusul tumoral SV40 şi bacteriofagul
lambda [14]. Primul organism transgenic a fost creat în anul 1973 de Herbert
Boyer şi Stanley Cohen prin inserarea unor gene care confera rezistenţă la
antibiotic în plasmida unei bacterii E. coli [1].
Pagina | 11
În 1974 a fost creat primul mamifer
transgenic de către cercetătorul Rudolf Jaenisch
(figura 4) care a introdus în genomurile unor
embrioni de şoarice porţiuni de A.D.N. străin [21].
Şoarecii transgenici au manifestat proprietăţi noi
datorate genelor străine.
Fig. 4. Rudolf Jaenisch
(sursa: http://wi.mit.edu/about/history/founders)
Următorul eveniment important privind O.M.G.-urile a fost înfiinţarea
primei compani de inginerie genetică de către Herbert Boyer şi Robert Swanson în
anul 1976. Un an mai târziu a fost produsă prima proteină umană numită
somatostatină cu ajutorul unor bacterii E. coli transgenice. Genentech a anunţat că
a obţinut insulină umană prin inginerie genetică în anul 1978 [13].
În anii “70, D.C Arny, C. Upper şi Stephen Lindow descoperă că bacteriile
din specia P. syringae jocă rol în creşterea rezistenţei plantelor la îngheţ. În anul
1977 identifică gena responsabilă pentru creşterea rezistenţei la îngheţ şi reuşeşte
să obţină o moleculă de A.D.N. recombinat care să conţină această genă. Şase ani
mai târziu, Advanced Genetic Sciences cere guvernului Statelor Unite ale Americii
să aprobe teste în câmp pentru creşterea rezistenţei la îngheţ a culturilor cu ajutorul
O.M.G.-urilor, însă începerea acestor experimente este întârziata de protestatari
[4].
În 1987, P. syringae a devenit primul organism modificat genetic eliberat în
mediul înconjurător când două culturi, una de căpşuni, iar cealaltă de cartof din
California au fost stropite cu o soluţie care conţinea această bacterie transgenică,
însă activiştii au distrus ambele culturi.
Pagina | 12
Prima plantă transgenică cultivată pe câmp a fost tutunul rezistent la
erbicide, în 1986, în Franţa şi Statele Unite ale Americii [7].
Prima ţară care a comercializat plante transgenice a fost China. Aceasta a
produs şi comercializat o plantă de tutun care avea rezistenşă mărita la virusuri în
anul 1992 [8].
Fig. 5. Tutun modificat genetic
(sursa: http://sanatate.bzi.ro/cercetatorii-au-obtinut-anticorpi-impotriva-virusului-hiv-din-tutun-modificat-genetic-
8449)
În anul 1994, Calgene a obţinut aprobarea să comercializeze tomate
modificate genetic pentru a îşi menţine prospeţimea şi aspectul vandabil pentru o
perioadă mai mare de timp [6]. Tot în anul 1994, organismele modificate genetic
au pătruns în Uniunea Europeană sub formă de tutun transgenic în vederea măriri
rezistenţei la erbicide [15].
În 1995, Agenţia Pentru Protecţia Mediului din S.U.A. şi F.D.A. aprobă
cultivarea cartofului Bt, cartof “producător” de pescticide.
Ritmul dezvoltării O.M.G-urilor s-a menţinut astfel încât în anul 2009 se
cultivau pe scară largă 11 specii transgenice în 25 de ţări precum: S.U.A, Brazilia,
Argentina, India, Canada, China, Paraguay şi Africa de Sud [9].
În 2010, cercetătorii de la institutul J. Craig Venter au anunţat că au creiat
primul genom artificial pe care l-au introdus într-o celulă care nu conţinea A.D.N.
Pagina | 13
Bacteria astfel obţinută a devenit prima formă artificială de viaţă, primind numele
de Synthia [12, 18].
2.2. Etape pentru obţinera a O.M.G.-urilor
Primul pas este identificarea genei care determină proprietăţiile pe care
dorim să le transferăm organismului ce urmează a fi modificat genetic. De obicei,
aceste gene cresc rezistenţa la boli, la condiţiile de cultură, la pesticide, insecte,
erbicide, etc în cazul plantelor, iar în ceea ce priveşte animalele sunt urmărite
genele care măresc producţia hormonului de creştere. Alte gene spre care
cercetătorii îşi îndreaptă atenţia sunt cele care codifică diferiţi hormoni cum ar fi
insulina.
După stabilirea porţiunilor de A.D.N. care prezintă interes, acestea trebuie
izolate. Există diverse metode de izolare a acestor segmente printre care:
- utilizarea enzimelor de restricţie alături de electroforeza în gel pentru
separarea moleculelor de A.D.N. în funcţie de lungimea lor;
- reacţia P.C.R. (reacţia în lanţ a polimerazei), care permite obţinerea
rapidă a unui număr mare de copi a porţiunii de A.D.N. care prezintă
interes, urmată de izolarea acestora cu ajutorul electroforezei în gel;
- sinteza artificială a secvenţei A.D.N studiată, dacă aceasta este cunoscută
dar nu există nici o copie disponibilă.
Genele care urmează să fie incluse în genotipuri străine trebuie să fie
combinate cu alte “elemente ajutătoare” pentru a se integra corect şi a funcţiona în
organismul modificat genetic. Spre exemplu, este necesară indicarea inceputului şi
sfârşitului porţiunii de A.D.N. care defineşte gena în cauză cu ajutorul unor regiuni
“promoter” (iniţiază trascripţia informaţiei genetice) şi “terminator” (are rol în
stoparea procesului de transcripţie). Un alt element este gena “marker selectabil”
Pagina | 14
care are rolul de a scoate în evidenţă organismele “M.G.-uri reuşite” din
multitudinea de organisme supuse tehnicilor de inginerie genetică. Markerul
selectabil este reprezentat, de obicei, de o genă care dă rezistenţă la un anumit
antibiotic, astfel scoţând în evidenţă organismele transgenice.
Fig. 6. Porumb transgenic scos în evidenţă cu ajutorul unui marker selectabil (culoare galben intens)
(sursa: http://www.isaaa.org/resources/publications/pocketk/36/default.asp)
În majoritatea cazurilor, ingineria genetică, presupune inserarea genelor
dorite la întâmplare în genomul gazdă, însă, există tehnici care permit materialului
genetic transferat să se insere în locuri specifice la nivelul genotipului gazdă.
2.3. Metode pentru transferul genelor
După cum se poate observa în figura 7, există diverse metode prin care
genele dorite pot fi mutate din genomul unui individ în genomul altui individ.
a) Hibridarea convenţională este cunoscută relativ de mult timp omului,
fiind utilizată încă din antichitate într-un mod foarte simplu. Varianta
prezentată schematic în figura 7 este mai complexă decât un simplu
“amestec” de gene şi presupune următoarele etape:
Pagina | 15
Fig. 7. Comparaţie între hibridarea convenţională cu transgeneza şi cisgeneza
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_engineering)
- identificarea unei “rude salbatice” a organismului ţintă. “Ruda salbatică”
trebuie să fie compatibilă din punctul de vedere al reproducţiei cu
organismul ţintă;
- după o primă încrucişare a indivizilor din cele două populaţii încep o serie
de încrucişări de tip back-cross. Încrucişarea de tip back-cross presupune
încrucişarea organismului hibrid cu un organism care face parte din una
dintre cele două forme parentale;
- încrucişări back-cross repetate până când se obţine un individ care diferă de
forma parentală a organismului ţintă doar prin prezenţa genelor vizate, care
în mod normal sunt caracteristice “rudei salbatice”.
Pagina | 16
b) Transgeneza prezintă următoarele etape generale:
- identificarea unui organism neînrudit cu organismul ţintă, dar care manifestă
caractere utile omului, determinate de prezenţa anumitor gene;
- izolarea genelor care prezintă interes;
- transferul genelor dorite în plasmida unei bacterii, ale cărei gene
suplimentare, dar utile, facilitează procesului de inginerie genetică;
- transferul materialului genetic astfel preparat în organismul ţintă.
c) Cisgeneza reprezintă o combinaţie a celor două metode explicate mai
sus în sensul că utilizează o rudă îndepărtată a organismului ţintă şi
metode de inginerie genetică propriu-zisă:
- identificarea “rudei salbatice”;
- izolarea genelor dorite;
- încorporarea genelor în plasmida unei bacterii;
- transferul propriu-zis al materialului genetic în organismul ţintă.
2.4. Exemple de O.M.G.-uri
Peştele zebră fosforescent
Este primul organism transgenic
care a fost acceptat ca animal de
companie. A fost obţinut prin
încorporarea unor gene străine în
genomul cunoscutului peşte Zebra,
înainte de eclozarea icrei. Genele
aparţin unor vietăţi marine care emană
Fig. 8. Primul animal OMG crescut ca animal de companie (sursa: http://www.bihon.ro/special/animale/articol/organisme-
modificate-genetic-duse-la-extrem/cn/news-20080404-09071279)
Pagina | 17
lumină. S-au obţinut astfel “zebre” roşii şi verzi care în timpul zilei absorb lumina,
iar noaptea devin fosforescente. Au fost create iniţial pentru a fi folosite drept
sistem de avertizare în cazul poluării, dar cu timpul au pătruns pe piaţa peştilor de
acvariu.
Trandafirul albastru
Trandafirul albastru este rezultatul a 30 de
ani de cercetări ale companiei australiene
Florigene şi companiei japoneze Suntory.
Acesta a apărut în 2004 şi este un O.M.G.
celebru. Pigmentul care îi conferă culoarea,
a fost obţinut după ce s-au adăugat două
gene şi i s-a modificat determinismul unei a
treia.
Fig. 9. Trandafirul albastru (sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Blue_rose#Genetically_engineered_roses)
Şoaricele ciripitor
Acest şoarice a fost creat prin intermediul
ingineriei genetice cu scopul de a studia
modul cum a apărut limbajul uman. De
aceea, acest şoarice, în loc să chiţăie,
ciripeşte. Rozătoarea a fost obţinută după
împerecheri succesive între şoareci
modificaţi genetic, timp de mai multe
generaţii.
Fig. 10. Şoarice modificat genetic pentru a ciripi (sursa: http://www.ziare.com/magazin/incredibil/soarece-modificat-ge
netic-care-ciripeste-precum-o-pasare-video-1064323)
Pagina | 18
CAPITOLUL 3
APLICAŢIILE O.M.G.-urilor
Organismele modificate genetic au aplicaţii în domenii diverse precum:
Medicină;
Cercetare;
Industrie;
Agricultură, etc.
3.1. Medicina
Pentru medicină au fost create o serie de organisme transgenice utilizate
pentru producerea în cantităţi mari a insulinei (figura 11), hormonului uman de
creştere, hormonului împotriva fertilităţii, albuminei umane, anticorpilor
mononucleari, factorilor antihemofilici, vaccinurilor şi multe alte substanţe
terapeutice [2]. În cazul vaccinării, până în prezent, oamenii erau imunizaţi cu
ajutorul unor vaccinuri care conţin tulpini virale atenuate, moarte, inactivate sau
toxine produse de aceste virusuri. Actualmente, se doreşte obţinerea unor vaccinuri
din virusuri modificate genetic care şi-au păstrat capacitatea de imunizare, dar din
al căror genom a fost deletată secvenţa responsabilă pentru inducerea bolii.
Organisme modificate genetic sunt obţinute pentru a fi folosite ca modele
animale în studiul bolilor umane. Cele mai comune animale modificate genetic în
acest sens sunt şoaricii. Aceştia au fost utilizaţi în studiul cancerului, obezităţii,
bolilor cardiace, diabetului, dependenţei de droguri, anxietăţii, îmbătrânirii şi
afecţiunii Parkinson. Deasemenea, în cercetarea medicală sunt folosiţi cu succes şi
Pagina | 19
Fig.11. Etapele de obţinere a bacteriilor producătoare de insulină umană
(sursa: http://www.bbc.co.uk/bitesize/standard/biology/biotechnology/reprogramming_microbes/revision/2/)
Pagina | 20
porcii modificaţi genetic în vederea transplantului de organe de la aceştia la om.
Marele avantaj al folosirii modelelor animale în studiile medicale, este posibilitatea
testării potenţialelor tratamente fără riscuri foarte mari pentru subiecţii umani.
Şi oamenii au fost direct implicaţi în procese de inginerie genetică prin
înlocuirea genelor umane nefuncţionale cu copi funcţionale ale acestora. Acest
proces poate avea loc atât în celulele somatice cât şi în cele haploide (caz în care
modificările materialului genetic pot fi transmise descendenţei). Această terpie “cu
gene” a fost folosită pentru tratarea deficienţelor de imunitate şi au loc studii
pentru tratarea afecţiunilor genetice. Totuşi, acest tip de terapie nu a înregistrat
succese majore până în prezent, iar dezvoltarea acesteia este frânată de aspectele de
etică pe care le ridică. Se pune problema dacă această tehnologie, odată devenită
posibilă, ar trebui folosită pentru obţinerea de oameni transgenici, adică oameni
proiectaţi să arate într-un anumit fel, să aibă o inteligenţă crescută, un
comportament predeterminat, etc. În evaluarea acestei probleme etice se constată
dificultăţi reale în trasarea unei linii de distincţie clară între “îmbunătăţirea”
indivizilor umani prin inginerie genetică şi mult mai acceptata idee de tratare a
acestora prin “terapia cu gene” [3].
3.2. Cerecetarea
Ingineria genetică este unul dintre cele mai importante mijloace de studiu, mai
ales, în domeniul geneticii, pe care cercetătorii îl au la dispozitie. Spre exemplu,
informaţia genetică, indiferent de provenienţa ei, poate fi izolată, stocată şi
modificată în bacteriile transgenice. Aceste bacterii pot fi cultivate, multiplicate cu
rapiditate şi depozitate cu uşurinţă pentru o perioadă de timp aproape nelimitată.
Cercetătorii modifică genetic anumite organisme cu scopul de a descoperii
funcţiile anumitor gene. Astfel se poate afla ce efect fenotipic determină acea genă,
Pagina | 21
şi se pot stabilii relaţiile acesteia cu alte gene. Aceste experimente presupun
pierderea unor funcţii, amplificarea unor funcţii, experimente de “urmărire” şi
experimente de expresie a genelor.
Experimente de tipul pierderea funcţiior: în acest tip de experiment,
organismele sunt modificate genetic astfel încât, activitatea uneia sau unor gene
din genom să fie reprimată. Un astfel de experiment presupune “asamblarea” unei
molecule A.D.N. in vitro care nu este altceva decât o copie a genei dorite, dar care
a fost modificată astfel încât să fie nefuncţională. Celulele stem embrionare care
conţin genele alterate sunt injectate în blastocite, care la rândul lor sunt implantate
în mame surogat. Produşii de concepţie obţinuţi în urma acestor experimente
prezintă defectele fenotipice datorate “mutaţiilor” induse şi astfel dau indicii
despre rolul genelor implicate.
Experimente de tip amplificarea unor funcţii: acestea pot fi definite ca fiind
opusul experimentelor de tipul pierderea unor funcţii. Prin urmare, ele presupun
amplificarea funcţiilor unor gene. Etapele sunt aceleaşi ca şi cele din cazul anterior,
cu excepţia faptului că cercetătorul obţine efectul de amplificare a funcţiilor unei
gene prin inserarea unui număr de copi ale genei respective în genom, ori prin
mărirea frecvenţei cu care proteina determinată de gena respectivă este sintetizată.
Experimentele de “urmărire”: au ca scop obţinerea de informaţii privind
localizarea şi interacţiunea proteinelor în cauză. Aceasta se poate obţine prin
înlocuirea “genei sălbatice” cu o porţiune de material genetic obţinută prin
fuzionarea genei respective cu un element “indiciu”, cum ar fi proteina verde
fosforescent (GFP), care permite identificarea uşoară a organismelor modificate
genetic. Deşi această tehnică este una utilă, ea prezintă riscul alterării funcţiei genei
implicate putând crea efecte secundare care pun sub semnul întrebării rezultatele
experimentelor. În prezent, sunt dezvoltate tehnici mai sofisticate de identificare,
Pagina | 22
cum ar fi ataşarea unor elemente de foarte mici dimensiuni care permit legarea
proteinelor de anticorpi monoclonali.
Fig.12. Celule umane în care unele proteine sunt fuzionate cu GFP pentru a fi scoase în evidenţă (sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_engineering)
Experimentele de expresie a genelor: urmăresc să descopere unde şi când
anumite proteine specifice sunt produse. În acest tip de experimente este necesară
izolarea secvenţei de A.D.N. promotor care precede gena implicată propriu-zis în
sinteza proteinei, şi reintroducerea acesteia într-un alt organism al cărui genotip a
fost modificat prin înlocuirea genei implicate în sinteza proteinei cu o genă
“indiciu” (GFP, enzime care catalizează anumite reacţii).
Pagina | 23
3.3. Industria
Utilizând tehnicile de inginerie genetică s-a reuşit transformarea anumitor
microorganisme, precum bacteriile şi drojdiile, care conţineau gene ce codificau
anumite proteine utile (ex: enzime), astfel încât acestea să producă în exces
proteina respectivă. În prezent, se pot produce cantităţi uriaşe de astfel de produse
prin cultivarea acestor organisme modificate în bioreactoare [17] de fermentaţie
industriale (figura13). În acest scop se pot folosii, pe lângă celulele bacteriene şi
drojdii, celule de insecte sau mamifere. În urma acestor tehnologii s-au obţinut
produse precum hormoni, aminoacizi, produse utilizate în industria alimentară sau
combustibili. O altă aplicaţie a O.M.G – urilor în industrie, este folosirea
bacteriilor modificate, spre exemplu, în neutralizarea anumitor deşeuri toxice.
Fig.13. Schema generală a unui bioreactor industrial
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Bioreactor)
Pagina | 24
3.4. BioArta şi divertisment
Şi în acest domeniu ingineria genetică a produs inovaţii. Spre exemplu, s-au
produs bacterii modificate genetic cu ajutorul cărora au fost obţinute fotografii
(figura 14). Tot aici pot fi încadrate şi primele două exemple de O.M.G. – uri
prezentate în capitolul anterior (peştii zebră şi trandafirul albastru).
Fig.14. Fotografi vii realizate cu ajutorul bacteriilor
(sursa: http://www.utexas.edu/features/2005/bacteria/index.html)
3.5. Agricultura
Se poate afirma că agricultura este domeniul care a beneficiat cel mai mult de
pe urma ingineriei genetice. Bineînţeles că tot în acest domeniu sunt şi cele mai
aprinse controverse cu referire la etică, sănătate umană şi risc pentru mediu
înconjurător.
Viteza dezvoltării O.M.G. – urilor care sunt utile agriculturii este mare, iar
principalele scopuri vizate de aceste tehnologii sunt următoarele [20]:
crearea unor organisme modificate genetic (importante pentru agricultură)
care să aibă o rezistenţă sporită faţă de capriciile climei, dăunători, erbicide,
anumiţi fungi patogeni, sau chiar virusuri;
Un alt motiv pentru aplicarea tehnologiilor de inginerie genetică în
agricultură este îmbunătăţirea diferiţilor parametrii de calitate ai produselor
realizate sau obţinerea unui spor semnificativ al productivităţii organismului
Pagina | 25
vizat. În acest sens pot fi date spre exemplu următoarele două organisme
transgenice:
~ Vacile de lapte modificate genetic în scopul producerii unei cantităţi mai
mari de proteină în lapte, pentru facilitarea producţiei de brânză [22];
~ Soia modificată genetic pentru sporirea producţiei de ulei;
Agricultura bazată pe organisme transgenice presupune şi modificarea
genetică a unor indivizi cu scopul producerii unor substanţe utile, pe care în
mod normal, organismele nu le produc. Caprele şi, din nou, vacile, au fost
modificate genetic pentru a produce în laptele lor diverse medicamente sau
proteine [16]. În 2009, F.D.A a aprobat folosirea unui medicament produs în
laptele de vacă;
Nu în ultimul rând, ingineria genetică, asigură creşterea productivităţii
organismelor exploatate în agricultură prin sporirea ritmului de creştere, a
vigurozităţii şi a toleranţei la diverşi factori.
3.5.1. Situaţia O.M.G. – urilor în agicultura mondială
Urmărind graficul 1 se poate observa tendinţa de creştere tot mai rapidă a
ariilor pe care se cultivă organisme transgenice. În S.U.A. spre exemplu, în urmă
cu 3 ani (anul 2010) 93% din producţia de soia, 93% din producţia de bumbac,
86% din producţia porumb şi 96% din producţia de sfeclă de zahăr era realizată de
soiuri modificate genetic [23]. În 2011, suprafaţa folosită în acest scop a ajuns la
1,6 milioane de kilometri pătraţi. Având în vedere datele de mai sus, nu e de mirare
faptul că „The Grocery Manufactures of America” a estimat, în anul 2003, că 70 –
75% din toate alimentele din America conţin ingrediente M.G. [23].
Pagina | 26
Graficul 1. Suprafaţa cultivată cu O.M.G. – uri pe ţări (1996 – 2009) în milioane hectare
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gmo_acreage_world_2009.PNG)
În Europa situaţia este diferită, în sensul că, cultivarea de organisme
transgenice este mai slab raspândită, fiind un subiect sensibil. Spania este o
excepţie, o cincime din producţia de porumb din această ţară provine din porumb
M.G [23].
Pagina | 27
Tabel. 1. Situaţia cultivării suprafeţelor agricole cu O.M.G. – uri [24; 25]
ŢARA
SUPRAFAŢA CULTIVATĂ CU O.M.G
(milioane hectare) PLANTE CULTIVATE
Anul 2010 Anul 2011
S.U.A. 66.8 69.0 Soia, bumbac, porumb, canola, lucernă,
sfeclă de zahar, etc
Canada 8.8 10.4 Bumbac, soia, canola
Brazilia 25.4 30.3 Soia, porumb, bumbac
Spania 0.1 0.1 Porumb
Portugalia 0.1 0.1 Porumb
România 0.1 0.1 Porumb
India 9.4 10.6 Bumbac
China 3.5 3.9 Bumbac, tomate, piper dulce, etc
Pakistan 2.4 2.6 Bumbac
Egipt 0.1 0.1 Porumb
Africa de Sud 2.2 2.3 Soia, porumb, bumbac, etc
Australia 0.7 0.7 Bumbac, canola
3.5.2. Exemple de O.M.G. – uri din agricultură [23]
LUCERNA: prezintă rezistenţă la erbicide pe bază de glicofosfat sau
glufosinat; noul caracter se datorează unor gene transferate în genomul
plantei;
CANOLA şi RAPIŢA: prezintă rezistenţă la erbicide pe baza de glicofosfat
sau glufosinat, iar canola produce acid Oleic; noile caractere se datorează
unor gene transferate în genomul plantei;
PORUMB: prezintă rezistenta la erbicide pe baza de glicofosfat sau
glufosinat, la insecte (produce Bt, proteine – folosite în trecut în compoziţia
pesticidele destinate culturilor organice); caracterele provin de la anumite
Pagina | 28
gene caracteristice bacteriei Bacillus thuringiensis, transferate în genomul
plantei;
BUMBAC: caracterul adăugat este reprezentat de capacitatea bumbacului
de a distruge insectele dăunătoare; aceasta datorită transferului unor gene
care determină sinteza de proteine Bt cristaline;
CARTOF: caracterele induse cartofului M.G. sunt rezistenţa la: gândacul de
Colorado, două virusuri şi un antibiotic folosit în selecţie alături de
modificări ce vizează o mai bună producţie de amidon; caracterele au fost
dobândite prin gene transferate de la bacterii sau modificări ale materialului
genetic deja prezent în genomul cartofului;
OREZUL: a fost modificat genetic pentru a produce β-caroten; acest tip de
orez a fost obţinut prin transferul de gene de la porumb sau microorganisme
comune care trăiesc în sol;
SOIA: modificată genetic în direcţia creşterii rezistenţei la erbicide,
producerii unei proporţii mai mici de acizi graşi nesaturaţi şi distrugerii
insectelor dăunătoare; creşterea rezistenţei la erbicide s-a obţinut prin
transferul de gene bacteriene în genomul plantei; scăderea proporţiei de acizi
graşi saturaţi s-a obţinut prin anularea efectului genelor care catalizează
saturarea;
SFECLA DE ZAHĂR: idem lucernă;
TOMATE: în cazul acestor plante s-a indus suprimarea enzimei
poligalacturonaza (PG) care avea rolul de a produce înmuierea fructelor
după cules; pentru a se obţine acest deziderat s-a introdus în genomul plantei
o genă antisens a genei responsabilă de producerea PG;
GRÂUL: idem lucernă.
Pagina | 29
CONCLUZII
1. Lumea se află într-o situaţie de dezechilibru, iar ingineria genetică
reprezintă un aspect care, în acest context, poate fi pozitiv sau negativ;
2. Obţinerea O.M.G. – urilor presupune folosirea unor tehnologii
complexe de inginerie genetică;
3. Istoria O.M.G. – urilor “autentice” (presupun folosirea unor tehnologii
de inginerie genetică) este relativ scurtă şi din acest motiv sunt
necesare studii cu privire la impactul lor asupra mediului în
continuare;
4. O.M.G. – urile sunt utilizate în foarte multe domenii, pe scara foarte
largă;
5. Agricultura este unul dintre cele mai sensibile domenii în care O.M.G.
– urile sunt utilizate intens.
Pagina | 30
BIBLIOGRAFIE
1. Arnold, P., - History of Genetics: Genetic Engineering Timelain,
www.bringhthub.com/ science/ genetcs/ artcles/ 21983.aspx;
2. Avise, J., C., 2004 – The hope, hype & reality of genetic engineering:
remarkable stories from agricultur, industry, medicine and enviorement. Ed.
Oxford University Press;
3. Bergeson, Emilie, R., 1997 – The Ethics of Gene Therapy, www.ndsu.edu/
pubweb/ ~mcclean/ plastic431/ students/ Bergeson.htm;
4. Bratspies, Rebecca, 2007 – Some Thougts on the American Aproach to
Regulating Genetically Modified Organisms. Kansas Journal of Low and
Public Policy, www.nationalaglowcenter.org/ assets/ bibarticles/ bratspies _
some.pdf;
5. Brown, L., R., 2011 – Lumea pe marginea prapastiei: Cum sa prevenim
colapsul ecologic si economic. Ed. Tehnica, Bucuresti;
6. Bruening, G., Lyons, J., M., 2000 – The case of the FLAVAR SAVR
tomato. California Agriculture 54(4) 6-7, California.
http://ucanr.org/repositori/CAO/landingpage.cfm?article=ca.v054n04p6fullt
ext=yes;
Pagina | 31
7. Clive, J., 1996 – Global Review of the Field Testing and Comercialization of
Transgenic plants: 1986 – 1995. The International Service for the
Acquisition of Agri-biotech Aplications. Retrieved 17 Julay 2010.
www.isaaa.org/kc/Publications/pdfs/isaaabriefs/Briefs.1.pdf;
8. Clive, J., 1997 - Global Stasus of Transgenic Crops in 1997. ISAA Briefs
No. 5:31. www.isaaa.org/resources/publications/briefs/05/download/isaaa-
briefs-05-1997.pdf;
9. Clive, J., 2010 - Global status of Comercialized Biotech/GM Crops: 2009.
ISAAA Brief 41-2009, 23 February 2010, Retrieved 10 Agugust
2010.http://www.isaaa.org/resources/publications/briefs/41/executivesumma
ry/default.asp;
10. Dinu. D., I., 1996 – Animalele şi omenirea. Ed. Tehnică Agricolă, Bucureşti;
11. Drăgotoiu, Tomiţa, 2008 – Genetică animală. Ed. Elisavaros, Bucureşti;
12. Gibson, D., et all, 2010 - Creation of a Bacterial Cell Controled by a
chemically Sinthesized Genome. Science 329 (5987): 52-56.;
13. Goeddel, D., V., et all, 1978 - Expression in E. coli of Chemically
sinthesized genes for human insulin. Prac. Nat. Acad. Sci. USA, Vol. 76, No. 1,
pp. 106 - 110, Biochemistry. www.pnas.org/content/76/1/106.full.pdf;
Pagina | 32
14. Jackson, A., D., Symons, R., H., Berg, P., 1972 - Biochemical Method for
Inserting New Genetic Information into DNA of Simian Virus 40: Circular
SV40 Molecules Containing Lambde Phage Genes and Galactose Operon of
Escherichia coli. Prac. Nat. Acad. Sci. USA, Vol. 69, No. 10, pp. 2904 – 2909.
www.ncbi.nlm.nih.gav/pmc/articles/PMC389671/pdf/pmas00088-0154.pdf;
15. MacKenzie, Debora, 1994 - Transgenic tabacco is European first .
http://www.newscientist.com/article/mg14219301.100-transgenic-tobacco-is-
european-first.html;
16. Marvier, Michelle, 2008 - Pharmaceutical crops in California, benefits and
risks. A reviw. Argon. Sustain. Dev: 28: 1-9: 10. 1051/argo: 2007050.
http://www.agronomy-journal.org/index.php?option=com_article&access=doi
&doi= 10.1051/agro:2007050&Itemid=129;
17. Pana, C., O., 2000 - Biotehnologii în nutriţia şi alimentaţia animalelor. Ed.
Coral Sanivet, Bucureşti;
18. Sample, I., 2010 - Craig Venter creates synthetic life form.
www.londonguardian.co.uk/science/2010/may/20/craig-venter-synthetic-life-
form;
19. Scorpan, V., Lozan, Angela, 2005 - Dicţionar de termeni biotehnologici, Ed.
Chişinău, Chişinău;
20. Suszkin, J., 1999 - Tifton Georgia: A Peanut Pest Showdown. Agricultural
Reserch Magazine;
Pagina | 33
21. Travis, A., Miller, Michelle, 2008 - Transgenic Animals: An Interactiv
Qualifying Project Report Submitted to the Faculty of Worcester
Polytehnic Institute. www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/e-project-083108-
021836/unrestricted/IQPfinal.pdf;
22. Whitman, Deborah, B., 2000 - Genetically Modified Foods: Harmful or
Helpful. http://www.csa.com/discoveryguides/gmfood/overview.php;
23. *** http://en.wikipedia.org/wiki/Genetically_modified_crops;
24. *** http://chartsbin.com/view/578;
25. *** http://chartsbin.com/view/9193.