TEMA BROJA - MOLEKULARNA BIOLOGIJA
Pripremio: M. R.
Molekularna biotehnologija
Ligamenti od biočelika
Šta je to molekularna biotehnologija? Šta su njeni temelji i s kojim alatkama rade biotehnolozi, ti moderni alhemičari koji i prastare mitove pretvaraju u realnost?
 Molekularna biotehnologija je nova naučna disciplina zasnovana na mogućnostima prenosa specifične jedinstvene genske informacije iz jednog organizma u drugi korišćenjem genetičkog inženjerstva - kaže dr Ljubiša Topisirović, profesor Dinamičke biohemije na Biološkom fakultetu u Beogradu i direktor Instituta za molekularnu genetiku i genetičko inženjerstvo. Ili, grubo rečeno: proces koji koristi žive organizme ili njihove delove za dobijanje ili modifikaciju određenih proizvoda, kao i za različite vidove usluga (npr., korišćenje mikroorganizama za prečišćavanje otpadnih voda).
Centralna dogma
Molekularna biotehnologija počiva na dogmi molekularne biologije da je jedino molekul DNK na ovoj planeti večan. Molekularni biolozi uče da je celokupna nasledna informacija jednog organizma sadržana u genima, odnosno u molekulu DNK. Protok informacija kroz ćeliju je usmeren tako da se informacije sadržane u DNK preslikavaju posredstvom RNK u strukturu proteina, koji obavljaju skoro sve funkcije neophodne za održavanje ćelije u životu. Ovo se još naziva i ”centralnom dogmom” molekularne biologije. Struktura proteina određena je strukturom DNK, a jedan od osnovnih i početnih zadataka molekularne biologije bio je da objasni na koji se način struktura DNK prevodi u strukturu proteina.
Jabuka koja ne truli
- Genetičko inženjerstvo - objašnjava prof. Topisirović - omogućava izučavanje strukture i funkcije gena svih živih sistema koji su interesantni za manipulaciju, jer determinišu proizvodnju neke supstance od komercijalnog značaja; omogućava izazivanje mutacija na specifičnom mestu u genu što za posledicu može imati povećanje sinteze produkta za koji taj gen nosi informaciju; omogućava prevazilaženje “uskih grla” u biosintetski različitih metabolita od koristi, povećavanjem broja gena koji je odgovoran za sintezu kritičnog enzima u biosintetskom putu.
Otkrića
Identifikacija DNA kao genetičkog materijala kod svih živih organizama i otkriće njene strukture 1953. godine, za šta su molekularni biolozi Amerikanac James Wotson i Britanac Francis Crick, 1962. dobili Nobelovu nagradu, predstavlja kamen međaš u razumevanju univerzalnih prirodnih zakonitosti. Sledeći važan kamen u zgradi genetičkog inženjerstva postavio je švajcarski mikrobiolog Werner Arber, 1962, dokazavši da postoje DNK restrikcioni enzimi (“molekulske makaze”), koji veoma precizno seku molekul DNK bez obzira na njegovo poreklo.
Deset godina kasnije, 1972/1973. trojica američkih naučnika, Herbert Boyer, Stanley Cohen i Paul Berg su pomoću genetičkog inženjeringa konstruisali prvi rekombinantni plazmid i klonirali prvi gen. Ovaj događaj je otvorio novo poglavlje u biologiji, a usmereno manipulisanje genetskim materijalom postalo je realnost. Već 1978. godine, biohemijska kompanija “Genentech” proizvela je, takođe pomoću genetičkog inženjeringa, bakteriju Escherichia coli koja sintetiše humani insulin.
Godine 1981/1982. konstrusiana je prva transgena životinja - miš Onko (OnkoMouse), koji je u poređenju sa normalnim mišem bio dvostruko većeg rasta. Sledeće godine je rekombinantni Tu plazmid prvi put iskorišćen za transforamciju biljaka.
Američki biohemičar Kary Banks Mullis i saradnici konstruisali su 1985. sistem lančane reakcije polimeraze (PCR) koristeći DNK polimerazu izolovanu iz bakterije Thermus aquaticus. Dvehiljadite, naučnici su sekvencirali genom bakterije Enterococus. A već u prvoj godini trećeg hiljadugodišta posle Hrista - sekvenciran je genom čoveka! |
- Umesto da se samo izoluju određeni proizvodi koje neki organizam već sintetiše, sada je bilo moguće od biljnih ili životinjskih ćelija napraviti ‘biološke fabrike' koje proizvode veliku količinu ekonomski vrednih jedinjenja kao što su proteini, vitamini, aminokiseline, antibiotici, itd. Genetičkim inženjerstvom je, takođe, moguće povećati proizvodnju u samom tom organizmu ili je moguće klonirati gene za biosintezu tog produkta i prebaciti ih u neki drugi organizam, konstruisati transgene organizme (biljke, životinje)”. Jabuka “grenny smith”, jedan takav proizvod - ne truli! Dobijen je paradajz sa povećanim sadržajem flavonoida koji ima antikancerogeni efekat. Transgena jagoda koja u sebi sadrži DNK arktičke ribe otporna je na mraz.
- Najveći doprinos genetičkog inženjerstva molekularnoj biotehnologiji - naglašava prof. Topisirović - je u tome što omogućava manipulaciju genima ili bakterijama gena i njihovim prebacivanjem iz jedne biološke vrste u drugu, što se u prirodi ne može spontano dešavati. Moguće je konstruisati himerne gene (na primer, jedan deo gena koji kodira proteinazu je poreklom iz jedne, a drugi deo gena koji kodira isti enzim iz druge vrste) i ubaciti u živi organizam. Oganizmi čiji je genetički materijal promenjen neprirodnim putem, odnosno korišćenjem genetičkog inženjerstva, nazivaju se opštim imenom genetički modifikovani organizmi (GMO) i oni se mogu ili se već koriste u biotehnološkim procesima.
- Manipulacija sa mikroorganizmima je relativno dobro poznata. Oni se već duže vreme koriste za ekstrakciju različitih metala iz jalovina rudnika, što proces eksploatacije rudnih bogatstava čini znatno efikasnijim a ujedno revitalizuju zemljišta. Oni su bili iskorišćeni kao domaćini prvog izbora za dobijanje humanih proteina, kao što su: insulin, hormon rasta, interferoni, faktor nekroze tumora, serum albumin, itd.
Najnovija istraživanja govore da će biti moguće koristiti transgene biljke i viruse biljaka za proizvodnju vakcina protiv bolesti kod ljudi, od zaštite od kvarenja zuba do vakcina protiv kolere, dijareje i side. Transgene biljke bi direktno sintetisale antitela protiv specifičnih patogena, odnosno predstavljale bi fabrike antitela. Najatraktivnija naučno zasnovana ideja je da se neke vakcine ugrade u biljke koje se normalno koriste kao hrana i da se tako dođe do konstrukcije tzv. “jestivih vakcina”.
Koza kao izvor biočelika
Prva transgena životinja je bio miš. A zatim, transgeni zečevi, svinje, ovce i krave. Veliki prodor bio je realizacija patenta naučnika sa Harvarda koji su konstruisali miša, nazvanog OnkoMiš (OncoMouse), koji je imao gene koji “promovišu razvoj različitih vrsta kancera čoveka”.
 Jedan od ciljeva primene molekularne biotehnologije u stočarstvu bio je da se dobije krava koja bi davala mleko drugačijeg kvaliteta ili krava koje neće obolevati od mastitisa, izazvanog bakterijom Staphylococus aureus, koji je Americi godišnje nanosio štetu od 1,7 miljardi dolara. Godine 1997. dobijena je prva transgena krava, nazvana Rozi, čije je mleko sadržavalo 2,4 gr/L humanog proteina ?-laktalbumina.
U kompaniji “Nexia Biotechnologies” u Kanadi, 2001. godine, naučnici su konstruisali kozu koja ima gen za sintezu svilenog vlakna pauka. Taj protein se izlučivao u mleku transgenih koza. Sakupljanjem svilenih vlakana i njihovim upredanjem, dobijen je materijal nazvan “biočelik”, izuzetno čvrst i rastegljiv, lakši od čelika i plastičnih materijala, a mnogo otporniji na naprezanja. Ovaj biomaterijal će se koristiti u vojnoj industriji, astronautici i izradi medicinskih pomagala za čoveka (veštačke tetive, ligamenti, kukovi).
- Transgeneza se vrši tako što se gen pauka za sintezu svilenih vlakana ubaci u oplođenu jajnu ćeliju koze. Paukov gen je samo jedan od 70.000 gena koze i ne utiče na njen izgled. On se u adultnoj kozi aktivira za vreme laktacije a prestaje da bude aktivan prestankom laktacije. Jedna transgena koza može sintetisati 7 gr paukovih svilenih vlakana dnevno.
Doktor Francis Collins, direktor Američkog nacionalnog instituta za izučavanje genoma čoveka (U. S. National Institute of Human Genome Research), izneo je predviđanje postgenomskih inovacija u narednih 40 godina podelivši “postgenomsku eru” u četiri faze. U poslednjoj fazi, geni odgovorni za starenje biće determinisani i korišćeni na klinikama za produžavanje ljudskog života a sveobuhvatna zdravstvena zaštita biće bazirana na genomici.
Potreba za GMO
Na pitanje: da li čovek ima potrebu za GMO, odgovor ovog kompetentnog stručnjaka je: da. Ali apsolutno je svestan i mogućih zloupotreba biotehnologije i zastrašujućih posledica koje one mogu imati po zdravlje čoveka, zdrav život i životnu sredinu, socijalnih i ekonomskih posledica i odgovornosti naučnika koji se bave ovom oblašću. Jedna od zastrašujućih posledica proizlazi iz činjenice da onaj ko bude hteo da zavlada svetom biće u mogućnosti da napravi hiljade vojnika koji će biti izdržljivi, surovi i poslušni. Moguće je napraviti farme ljudskih klonova koji će biti žrtvovani da bi se prodavali njihovi organi. Kloniranjem se, najzad, može smanjiti raznovrsnost ljudske vrste jer će neke neželjene osobine biti iskorenjene, a muškarci postati nepotrebni u reprodukciji.
- Jan Vilmut (Ian Wilmut), sa Roslin instituta u Škotskoj, koji je klonirao ovcu Dolly primenom tehnike nuklearnog transfera, protivi se kloniranju čoveka - prenosi prof. Topisirović.
Još nema odgovora na ključno pitanje: da li je klon, na rođenju zdrav i normalan, tokom života podložan genetičkim abnormalnostima? Mnogo je znakova pitanja iza ovog pitanja. Na redu je savest čovečanstva!
M. R.
|
