Genetiškai modifikuoti organizmai. Pirma dalis: nuo senovinės selekcijos iki genetinių “stebuklų”

GMO – dar nesenai tik kažkur vakarų pasaulyje skambėjęs trumpinys jau pasiekė ir Lietuvą. Pasiekė su tokia banga, jog iš karto sukėlė ginčus – reikia ar nereikia Lietuvai genetiškai modifikuotų organizmų. Kaip ir kiekviename ginče yra dvi nuomonės – pozityvi ir negatyvi. Kol kas laimi negatyvi ir Lietuva atsiribojo nuo bandymų savo teritorijoje įvairių genetiškai modifikuotų augalų. Nors visuomenė aktyviai dalyvauja išsakydama savo nuomone, tačiau retas iš besiginčijančių galėtų nuosekliai ir argumentuotai paaiškinti, kas tai yra tie GMO produktai ir kuo jie geri ar blogi. Šią trumpą, bet išsamią apžvalgą mes ir stengsimės padaryti kelių straipsnių cikle, kiek įmanoma nestodami nei į neigiamą, nei į teigiamą pusę. Kiekvienas sprendžia už save.

GMO: po paslapties skraiste

Pradėkime nuo ląstelės

Visi gyvi organizmai yra sudaryti iš ląstelių. Smulkūs organizmai: baterijos, grybai, dumbliai, kai kurie bestuburiai gali būti vienaląsčiai, o sudėtingi organizmai, tokie kaip augalai, gyvūnai bei žmogus – daugybės ląstelių dariniai, todėl dar vadinami daugialąsčiais.

Ląstelė

Ląstelėje esančiame branduolyje yra sutelkta informacija apie organizmą genų pavidalu. Genas – tai deoksiribonukleino rūgštis (DNR), o tiksliau – tam tikra DNR grandinės dalis. Iš spirale susukto DNR siūlo ir baltymų yra sudaryta chromosoma ­ struktūrinis genetinės medžiagos vienetas.

Genuose slypi užkoduota informacija apie įvairias organizmo savybes ir funkcijas, pavyzdžiui, apie plaukų ir akių rainelės spalvą, kūno sudėjimą bei paveldimas ligas. Vadinasi visos gyvų organizmų savybės saugomos genuose arba dar vadinamame genome. Panaikinkime tam tikrą geną ir pranyks kažkuri savybė. Teisingas ir atvirkščias teiginys – įterpkime naują geną ir atsiras nauja savybė.

Genetinė informacija yra paveldima ir perduodama iš kartos į kartą. Taigi, visos augalų ir gyvūnų, tame tarpe ir žmogaus, savybės užkoduotos genuose. Nors genai ir paveldimi iš kartos į kartą, tačiau kiekvienoje rūšyje galimos tam tikros skirtingos jų kombinacijos, kas savu ruožtu nulemia skirtingas tos pačios rūšies individų savybes.

Skirtingas tos pačios rūšies augalų ir gyvūnų savybes žmonės pastebėjo jau labai senai, o neilgai trukus sumąstė, jog poruojant geriausias savybes turinčius individus, jų palikuonys turėtų dar labiau išryškinti tas savybes. Taip gimė selekcijos idėja – sukryžminant tos pačios rūšies, bet skirtingų savybių augalus arba gyvūnus, išvedamos naujos veislės, turinčiomis nepalyginamai stipriau išreikštas savybes, kurios tėvų organizmuose buvo gana silpnos.

DNR struktūraAišku, jog selekcijos atveju genotipas keičiamas tik tos rūšies viduje – iš esmės genai yra tie patys, tik pasiekiamos skirtingos jų kombinacijos. Tuo pačiu aišku, jog ir galimų naujų savybių kiekis yra ribotas – kokios savybės ta rūšis apskritai neturėjo, jokiais selekciniais metodais jos ir negalima suteikti. Tad natūralu, kad žmones, o ypač mokslininkus domino galimybės sukryžminti visiškai skirtingų rūšių individus su pačiomis įvairiausiomis savybėmis – galimi stebuklingi rezultatai kaitindavo vaizduotę ir žadindavo dar didesnį bandymų norą. Ir tokia galimybė iš fantastikos skyrelio į realybę iššoko galutinai nustačius DNR sandarą ir pradėjus intensyviai vystytis genų inžinerijai.

Genų inžinerija – laisvė fantazijai ir žinių stygius

Genų inžinerija – tai vieno arba keleto genų perkėlimas iš vieno organizmo į kitą. Taip sukuriami transgeniniai organizmai su svetimais genais. Dažniausiai tokie organizmai yra vadinami genetiškai modifikuotais (GM). Taigi, pagrindinis skirtumas nuo selekcijos yra tas, jog šiuo atveju iš principo performuojama rūšies genetika – įterpiamos visiškai negiminingų rūšių savybės ir padaroma tai, kas apskritai neįmanoma jokiais selekcijos metodais. Tradiciniai selekcijos metodai leidžia išlaikyti natūralų genotipą: skirtingas to paties geno variacijos keičiamos tarp giminingų augalų. Tuo tarpu genų inžinerija leidžia peržengti rūšies ribas ir perkelti genus į negiminingus ir evoliuciškai nutolusius organizmus. Į GM augalus gali būti įsodinami tiek virusų ir bakterijų, tiek gyvūnų genai.

Perkeltas genas ir toliau veikia taip, tarsi jis būtų toje ląstelėje, iš kurios yra paimtas. Todėl augalai, mikroorganizmai ar gyvūnai įgyja naujų savybių, kurios jiems iki tol buvo nebūdingos. Pavyzdžiui, įterpus į augalų chromosomas atitinkamą bakterijos geną, augalai tampa atsparūs kenkėjams. Įsivaizduojate, kokios atsiveria galimybės? Super augalai, išgyvenantys bet kokiose sąlygose, patys nulenkiantys šakas, kai žmogus ateina skinti vaisių…. Taip, įsisvajoti ir prisigalvoti galima kiek nori. Tuo labiau, jog šiandien įsodinti į organizmą keletą genų yra nesudėtinga. Belieka įsodinti į augalus šimtus svetimų genų ir galima sukurti universalią veislę, kuri būtų atspari šalčiui ir sausrai. Tačiau neverta labai įsijausti – šios fantazijos praktikoje ne taip jau lengvai įgyvendinamos dėl pačių įvairiausių priežasčių, apie kurias mes dar kalbėsime.
Vadinasi, genų inžinerija sukuria bent teorines galimybes kurti „tobulus“ augalus ir gyvūnus.

Štai ir atsakymas, kodėl ši jauna mokslo šaka per žaibiškai trumpą laiką pasiekė tarptautinį pripažinimą ir populiarumą. Ir ne tik mokslininkų, bet ir verslininkų tarpe. O juk viskas prasidėjo dar ne taip senai – tik 1953 m. dviems mokslininkams, James Watson ir Francis Crick, pasisekė galutinai nustatyti DNR sandarą. Prabėgus 20 metų Syanley Cohen ir Herbert Boyer panaudoję sukauptą molekulinės biologijos informaciją ir pritaikę genų inžineriją 1973 m. į augalų bei gyvūnų genus sugebėjo įterpti žarnyno lazdelę E. Coli (Escherichia coli). Taigi, 1973 metus galima laikyti biotechnologijos, o taip pat ir genų inžinerijos mokslo atsiradimo pradžia. Įvertinus tai, jog genotipas yra tokia sudėtinga sistema, jog ją galima lyginti su mikrovisata, šie nepilni 40 metų nuo genų inžinerijos pradžios iki mūsų dienų, tėra genų mokslo kūdikystė.

Štai taip netikėtai ir nenoromis, bet tenka pripažinti, jog daugelis skeptikų kritiškai žiūrinčių į genetiškai modifikuotus organizmus yra pateisinami bent jau dėl skepticizmo – šiam mokslui dar reikia atlikti dar daug, labai labai daug mokslinių tyrimų, kol bus sukauptas pakankamas žinių ir įgūdžių pasaulis tvarkyti šią milžinišką mikrovisatą. Įsivaizduokite, jog senovės graikų astronomai, po Galilėjaus atradimų praėjus 40 metų įgavo teisę perstumdyti žvaigždžių ir planetų judėjimo trajektorijas vien tam, kad pas juos būtų šiltesnė ar šaltesnė vasara. Įdomu, ar bebūtų tokia visata išgyvenus iki šių dienų. Kaži ar ir po 2000 tūkstančių metų tą galima žmonėms leisti… O juk genų inžinerijoje žmogui atsirado panašios galimybės – tad visai suprantamas ir pateisinamas pageidavimas, jog eksperimentai būtų atliekami be galo kruopščiai ir prieš tai gerokai pagalvojus.

Kaip vyksta genetinės modifikacijos?

Kalbant apie genetiškai modifikuotus organizmus reiktų iškirti dvi jų rūšis pagal tai, kokiu būdų pasiekiamos genotipo modifikacijos. Dauguma organizmų yra genetiškai modifikuoti natūraliai ar dėl cheminių veiksnių atsirandančių genų pakitimų. STS soja ar IMI kukurūzai yra pavyzdžiai kai yra atlikta genetinė modifikacija, bet tai nėra tikrieji GMO. Šių augalų unikalus atsparumas herbicidams buvo pasiektas mutacijų ir genų mainų dėka, kurie jau buvo jų chromosomose. GMO nuo kitų modifikacijų skiriasi tuo, kad yra įvedami nauji vienas ar keli genai į chromosomas genetinės inžinerijos dėka.

Taigi, dirbtines organizmų mutacijas ir chromosomoje esančių genų mainus reiktų laikyti tarpine pakopa tarp tradicinės selekcijos ir tikrųjų genetinių modifikacijų. Kadangi mums aktualiausi yra tikrieji GMO, tai šiuos „netikruosius“ paliekame Jūsų asmeniniam moraliniam teismui.

Tikroji genetinė inžinerija apima metodikas, kuriomis iš organizmo paimama genetinė medžiaga, iškerpama ir naujai sujungiama norima genų atkarpa, sudarant naujas jų kombinacijas, po to padidinamas rekombinuotos DNR kopijų skaičius ir galiausiai šios kopijos pakeliamos į kitus organizmus. Genai gali būti keičiami tarp tokių rūšių, kurios niekada negalėtų to atlikti natūraliai gamtoje.

Pažvelkim į patį procesą atidžiau. Kad pagaminti GMO, naujos kombinacijos genetinė medžiaga turi būti pirmiausia sukonstruota naudojantis fermentais perkerpant ir sujungiant iš skirtingų šaltinių paimtą DNR į vieną seką. Tam, kad pagaminti GM augalą, kuris, pavyzdžiui, turėtų insekticidinių savybių, reikia paimti geną, kuris koduoja baltymą, žudantį vabzdžius. Aišku, čia nėra paprasta operacija kokią atliekame išpjaudami supuvusio obuolio dalelę. Norimą geną reikia atskirti, o tada jį vientisą perkelti. Tam naudojami sudėtingi procesai, kurių metu suformuojama taip vadinama ekspresijos kasetė. Kasetę sudaro signalinė seka, leidžianti nuskaityti informaciją (pats genas), pradžios signalą apsprendžiantis junginys, vadinamas promotrius, pabaigos signalą apsprendžiantis – terminatorius.

Ekspresijos kasetė

Štai tokiu pavidalu, primenančiu traukinuką, iškerpamas norimas genas. Sekančiame žingsnyje reikia šį geną padauginti. Paprastai tokia suformuota ekspresijos kasetė apjungiama į specialų junginį, vadinamą plazmide, kuris gali daugintis nepriklausomai nuo ląstelės ciklo metu vykstančio chromosomų dalinimosi. Tokiu būdu pagaminamas didelis plazmidžių kiekis – iškirptas genas padauginamas.

Lieka paskutinis etapas – geno kopijos perkeliamos į ląsteles, embrionus ar organizmus (pvz., peles ar kukurūzus) taip, kad konstrukcija būtų įterpta į genomą. Šioje vietoje reikia paminėti nedidelę, tačiau esminę smulkmeną – iškirpto geno kopijos perkeliamos į modifikuojamą genomą atsitiktiniu būdu. Vadinasi susidarančios genų kombinacijos kol kas prognozuojamos nebent ponui Dievui. Mokslininkai gi kol kas tegali atlikti tris veiksmus: iškirpti, padauginti ir įterpti. Tiksli įterpimo vieta, bei susidarančios kombinacijos – lieka nevaldoma atsitiktinė procedūra.

Kadangi po naujo geno įterpimo į modifikuojamą genomą visiškai niekas neaišku, reikia bent jau kažkokiu metodu nustatyti, ar procedūra apskritai pavyko ir naujas genas įsiterpė. Tai atliekama naudojant papildomus genus-žymenis, kurie prisegami prie plazmidės. Šie genai turi suteikti naujam organizmui nebūdingas ir aiškiai patikrinamas savybes – jeigu tokia savybė atsirado, vadinasi genų „persodinimo“ operacija pavyko sėkmingai. Iš kitos pusės, nors genai-žymenys naudojami tik biotechnologiniame procese patikrinti operacijų sėkmingumui, visgi jie lieka visam laikui. Tad ir tos savybės, kurias nulemia šie genai-žymenis, tampa naujojo organizmo sudedamąja dalimi. Vadinasi naujasis GMO turės įsodinto geno pavyzdžio nulemtas savybes ir procesui stebėti naudotų genų-žymenų savybes.

Iki šiol labai paplitę buvo antibiotikams atsparūs genai-žymenys. Tokiu atveju ląstelės su įterptais genais auginamos tam tikroje terpėje, kur yra antibiotikų. Tos ląstelės, kuriose reikalingi genai sėkmingai įsitvirtina, išgyvena, o kuriose neįsitvirtina ­ žūsta. Tačiau iš tokių ląstelių išaugintuose augaluose žymenys lieka kiekvienoje augalo dalyje, vadinasi juose išlieka genetiškai užkoduota atsparumo antibiotikams savybė.

Teoriškai antibiotikams atsparumą lemiantis genas gali būti pernešamas iš ląstelės į ląstelę ir gali patekti, pavyzdžiui, į žmogaus organizme gyvenančią E. coli. Taip pat jis gali patekti ir į patogeninę bakteriją. Tuomet gintis net ir nuo paprasčiausios infekcijos būtų itin sudėtinga – mums nebepadėtų jokie antibiotikai. Situacija truputi juokinga – didžiuliai mokslo raidos pasiekimai galėtų mus nublokšti gerokai į praeitį – į tuos laikus, kuomet dar nebuvo išrastas pirmasis antibiotikas penicilinas.

Mokslininkai ir medikai pripažįsta šį genų inžinerijos pavojų: ES teisiniuose aktuose skelbiama, kad antibiotikams atsparių genų naudojimas turėtų būti galutinai sustabdytas 2008 metais. Tai gali būti padaryta, nes egzistuoja ir kitokių tipų genai-žymenys, lemiantys atsparumą sunkiesiems metalams, fenotipiniai ar cheminiai atrankai. Ką suminiam rezultate duotų šios „papildomos“ GMO savybės, dar reiktų patyrinėti.

GMO gaminimo schema

Taigi, kol kas tikrai aiški viena GMO gamybos problema – kontrolės procese organizmui suteikiamos visiškai nereikalingos savybės. Aišku, mokslas spėriai vystosi pirmyn ir galbūt artimiausiu laiku iš viso nebereiks genų-žymenų ir šios problemos neliks.

Tuomet galima priminti tai, kas jau buvo rašyta aukščiau – genų įterpimas yra grynai atsitiktinis procesas. Priklausomai nuo to, kur įterpiama svetima genetinė medžiaga, suformuotas GMO gali įgyti visai skirtingas savybes. Intarpas gali įsiterpti į šeimyninį geną ir taip nutraukti jo funkcionavimą ar, pavyzdžiui, įsiterpę stiprūs promotoriai gali sukelti nenormaliai didelę šeimininko genų ekspresiją. Kad ir kaip ten būtų, rezultatas švelniai tariant yra visiškai neprognozuojamas ir pamatomas tik naujam organizmui vystantis ir augant.

Jei genetinė modifikacija atliekama embriono ląstelėse, išaugęs organizmas kai kurių ląstelių genome turės svetimus įterptus genus. Tik tolimesnių kryžminimų metu galima pasiekti, kad visos organizmo ląstelės turėtų naują genomą. Deja, dirbtinės konstrukcijos turi daug silpnų ryšių ir yra nestabilios. Iki šiol nėra duomenų, kad sukurtos transgeninės linijos būtų stabilios ir apimančios visas organizmo ląsteles.

Kodėl tiek daug nežinomųjų?

Iš aprašyto GMO formavimo mechanizmo apibendrinant galima sakyti, jog mokslininkams dar labai mažai kas yra žinoma apie vykstančius genų inžinerijos procesus ir dar mažiau galima juos kontroliuoti. Kodėl gi taip yra?

Atsakydami į šį klausimą galime pacituoti biologijos mokslų daktarą Petrą Garėjevą (Петр Гаряев) iš Rusijos.

Sakykime, jūs nežinote anglų kalbos, bet norite ją išmokti. Tam nuvykstate į Britanijos centrinę biblioteką, su tikslu perskaityti visas joje esančias knygas. Tačiau vietoj skaitymo jūs netikėtai…imate skaičiuoti raides. Po kelerių metų titaniško darbo baigiate visų raidžių numeraciją ir netgi sudarote jų sekas visose bibliotekos knygose. Tačiau šis mechaninis darbas nedavė laukiamo rezultato: jūs taip ir neperskaitėte nei vieno sakinio. Jūs neišmokote kalbos. Būtent tai ir padarė mokslininkai, vykdydami programą „Žmogaus genotipas“: jie nustatė genų skaičių, juos sugrupavo ir netgi susistemino informaciją apie 3 milijardus nukleino rūgšties porų, t.y. tas pačias knygų raides, tik tą atliko specializuotų programų pagalba. Išleista milijardai dolerių, tačiau genetinė kalba taip ir neišmokta. Genetikai įsivaizduoja, jog nustatę genų išsidėstymo sekas, praskleidė ir chromosomų paslaptį. Tačiau tai yra tas pats, kaip ir bandymai iš Leonardo Da Vinči naudotų raudonos spalvos sudedamųjų dalių suprasti garsiosios Džokondos šypseną…

Taigi, kad ir ką sakytų genų inžinerijos entuziastai, tačiau genotipo „kalba“ arba veikimo mechanizmas vis dar yra paslaptis. Mokslui žinomi tik šio įstabaus mechanizmo sudedamosios dalys, bet turbūt sutiksite, jog net išdėliojus jums ant stalo visas lėktuvo dalis vargu ar jūs sugebėsite užrištomis akimis jį surinkti. O juk mokslininkai taip ir dirba – vykstantys procesai yra visiškai nematomi ir negana to, nekontroliuojami.

Tad natūralu, jog šiandien mokslininkams sudėtinga numatyti, kurioje DNR grandinės vietoje įsiterps svetimas genas, kaip “įsibrovėlis” sąveikaus su esamais genais. Mokslininkai dar nežino, kaip ši modifikacija atsiliepia genų pleotropijai (reiškinys, kai vienas genas lemia ne vieną, o daugiau požymių).

Tokios manipuliacijos genais gali sukelti genų pažaidas ­ mutacijas, t.y. tokius pakitimus DNR nukleotidų sekoje, kurie gali sąlygoti pokyčius baltymo sudėtyje ir funkcijose. Dėl jų gali pakisti ląstelės metabolizmas bei sutrikti viso organizmo veikla.

Štai todėl iš mokslinių genų inžinerijos laboratorijų į eksperimentinius ūkius patenka tik nedidelė GMO dalis – kiti tiesiog neišgyvena arba virsta akivaizdžiais mutantais. Tačiau tuo pačiu aiškus ir mokslininkų bei juos finansuojančių šaltinių džiaugsmas, kuomet iš tūkstančių bandymų užsimezga pakankamai gyvybingas ir atsparus individas, kuris netgi pajėgia daugintis. Tačiau kokias sumines naujas savybes jis turi ir kokią įtaką aplinkai gali daryti – nei vienas genetikos specialistas negalėtų to nusakyti. Tam reikalingi tolesni GMO eksperimentiniai tyrimai, kurių dėka įmanoma nustatyti pagrindines naujas teigiamas ir neigiamas modifikuotos rūšies savybes.

Aišku, po tiekos sudėtingų procesų ir daugybės laiko, pastangų ir svarbiausia finansinių investicijų, naivu tikėtis, jog GMO entuziastai būtų linkę atidžiai ir kruopščiai tirti naujo organizmo savybes ieškant ne tik teigiamų, bet pagrinde neigiamų jų savybių. Bet apie tai – kitoje straipsnio dalyje.


Parengta pagal:

www.technologijos.lt

Parašykite komentarą

Įveskite savo duomenis žemiau arba prisijunkite per socialinį tinklą:

WordPress.com Logo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo WordPress.com paskyra. Atsijungti / Keisti )

Twitter picture

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Twitter paskyra. Atsijungti / Keisti )

Facebook photo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Facebook paskyra. Atsijungti / Keisti )

Google+ photo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Google+ paskyra. Atsijungti / Keisti )

Connecting to %s

%d bloggers like this: