Geneticky modifikovan organizmy Domestikace Petven divoce ijcch druh

Geneticky modifikované organizmy

Domestikace • Přetváření divoce žijících druhů organismů v druhy vhodné k chovu Vlk (Canis lupus) Šlechtitelství • Výběr

Tradiční metody šlechtitelství • Výběr • Křížení (hybridizace) – vnitrodruhové, mezidruhové Mula • Polyploidizace – kolchicin Mezek Josta zebroid • Mutace spontánní (vzácné) indukované (mutageny) • NEVÝHODY • čas, náhodnost

Netradiční (nové) metody šlechtitelství • Biotechnologické a molekulární metody • Genetická transformace Definice GMO: Zákon č. 78/2004 Sb. , o nakládání s geneticky modifikovanými organismy a genetickými produkty GMO = organismus, kromě člověka, jehož dědičný materiál byl změněn genetickou modifikací genetická modifikace = cílená změna dědičného materiálu spočívající ve vnesení cizorodého dědičného materiálu do dědičného materiálu organismu nebo vynětí části dědičného materiálu organismu způsobem, kterého se nedosáhne přirozenou rekombinací Transformace x Transfekce

• Vypnutí genu – genový knock-out Genový konstrukt a přenos • Příprava genového konstruktu ( sekvence strukturního genu + regulační sekvence + markerový gen) • Přenos genového konstruktu mikroinjekcí, elektroporací, virus, plazmid

Bakterie a plazmidy Plazmid - je malá kruhová molekula DNA schopná autoreplikace Typy plazmidů: • F-plazmidy (konjugace) • R-plazmidy (rezistence) • N – plazmidy (vázání vzdušného dusíku) • Col – plazmid – tvorba kolicinů

GM bakterie 1) Úprava plazmidu – vložení genového konstruktu s markerovým genem pro rezistenci k antibiotiku gen pro rezistenci 2) Přenos do bakterie tepelný šok, elektroporace genový konstrukt 3) Selekce kolonií, kontrola sekvence gen. produktu 4) Kultivace kolonií, které genový konstrukt přijaly

Bioreaktory výroba lidských bílkovin pro účely léčby závažných onemocnění – růstový hormon, gonadotropin, inzulín Produkci velkých a komplikovaných bílkovin bakteriální nebo kvasinková buňka nedokáže

GM živočichové Myš, potkan, králík, danio, octomilka, háďátko Uzavřené prostředí v laboratoři Studium funkce genů, model pro léčbu dědičných lidských chorob • cystická fibróza, hemofilie nebo dědičná svalová dystrofie. • vývoj a testování nových léčebných postupů – genová terapie

Metody transfekce: • Lipofekce - DNA se zabalí umělými fosfolipidovými vezikuly (lipozomy) a přirozenou cestou je dopravená až do jádra • Elektroporace – depolarizace cytoplasmatické membrány, otevření pórů a průnik genového konstruktu • Mikroinjekce (vstříknutí genového konstruktu do jednobuněčného zárodku a následná implantace do těla matky) – malá účinnost, velká množství embryí Odběr embryí z těla samic nebo získaných in vitro

Metody transfekce: • embryonální kmenové buňky (pluripotentní) • vložení genu do EKB, implantace do zárodku a následné vložení do těla matky – chiméra Chimerický primát Agregace totipotentních buněk z embryí ve čtyřbuněčném stádiu Kultivace raných vývojových stádií savčích embryí Národní centrum pro výzkum primátů, Oregon

Metody transfekce: • retrovirové vektory zabudování retrovirových genů do hostitelské buňky • velikost genového konstruktu (10 kb), obavy z nádorového bujení • přímá injekce genového konstruktu do tkání • DNA vakcíny • spermie jako vektor • zabudování konstruktu do spermie • oplozením oocytů in vitro těmito spermiemi je genový konstrukt vnesen do dědičné informace jedince vzniklého oplozením vajíčka

Přenos jader - klonování • Hlavní postup produkci transgenních savců, především hospodářských zvířat • Princip - vpravení jádra buňky do vajíčka zbaveného jeho vlastní dědičné informace • Genový konstrukt vnesen do buněk pěstovaných v laboratoři

Handmade klonování Demecolcin, pronasa

VYUŽITÍ GM ŽIVOČICHŮ Hospodářská zvířata - živé bioreaktory • zvířata, do jejichž dědičné informace byl metodami genového inženýrství vpraven lidský gen a která pak vylučují příslušnou lidskou bílkovinu v mléce GM krávy produkující „lidské mateřské mléko“ • Změna kvality živočišných produktů - mléko, růst vlny, kvalita masa, potraviny bez alergií • intenzivní růst ryb, prasat – gen pro růstový faktor • skot - knock-out genu pro myostatin

VYUŽITÍ GM ŽIVOČICHŮ Produkce nových materiálů Biosteel – strukturní gen pro bílkovinu pavoučího vlákna + regulační gen pro kozí mléčnou bílkovinu Nízká hmotnost, vysoká mechanická odolnost - 3 x odolnější než kevlarové vlákno Vojenské účely, letecký průmysl, medicína, kosmetický průmysl Xenotransplantace - GMO prasata – potlační hyperakutní rejekce DNA vakcíny Genová terapie

RIZIKA GMO škody na životním prostředí by mohly napáchat GM ryby uprchlé ze sádek a dalších chovných zařízení do volné přírody Nemáme praktické zkušenosti – pouze počítačové simulace ekologické kolapsy i bez GMO - průnik mihule mořské do Velkých jezer na americko-kanadském pomezí na přelomu 19. a 20. století – zdecimování populace pstruhů a dalších ryb, zhroucení rybářství • Xenotransplantace - prasečí endogenní retroviry - dědičná informace virů v dědičné informaci prasat není výsadou GMO!!! - nákaza tuberkulózou či spalničkami od domestikovaných zvířat, virus chřipky • Genová terapie – virus jako vektor – riziko zhoubného bujení

Transformace rostlin • isolace rostlinných protoplastů • přímý přenos cizorodé DNA do nich pomocí elektroporace / chemická transformace / tepelného šoku • „Genová pisole“ (Gene gun) Genový konstrukt vysrážen na mikroprojektily ze zlata nebo wolframu

Přírodní genetická modifikace – genetický inženýr Agrobacterium tumefaciens • Infikuje dvouděložné rostliny, nádory na rostlinných pletivech • Přenos Ti-plazmidu (T-DNA) do rostlinného genomu geny pro hormony (bujení) geny pro syntézu opinů (potrava) Ti-plazmid = tumor inducing plasmid T-DNA T-pillus • Originální způsob parazitizmu

GM plodiny ve světě Hlavní centra GM plodin (2010) země mil ha USA 66, 8 Brazílie 25, 4 Argentina 22, 9 Indie 9, 4 Kanada 8, 8 Čína 3, 5 Paraguay 2, 6 Pakistán 2, 4 Jižní Afrika 2, 2 Uruguay 1, 1 • Tolerance k herbicidu • Rezistence ke škůdcům

Biotech plodiny

Proč pěstovat GM rostliny? ? ? Zlepšit chuť, kvalitu i trvanlivost potravin Zvýšit výnosy a nutriční hodnotu zemědělských plodin Omezit používání pesticidů a chemických látek Ochrana ohrožených organismů, udržování biodiversity Snížení erose půdy, zlepšení kvality půdy Snížení emisí CO 2 Snížit světové hladovění Produkce léčiv - Elelyso

RIZIKA GMO • Bezpečnost pro zvířata a lidi, vliv na životní prostředí a biodiverzitu • Vznik rezistencí - superplevele • Nekontrolovatelné šíření transgenů pylem na planě rostoucí příbuzné Tolice srpovitá druhy – vytlačení z přirozených stanovišť Hybridizace – vzdálenost pro přenos pylu, doba kvetení, semena Introgrese - zpětné křížení hybridních rostlin s původním planě rostoucím druhem • GM kukuřice a GM brambor v Evropě bez problému • GM řepka olejka !!!-brukev, hořčice, ředkev …a do polí. …do skleníku • Tajwan – Oryza rufipogon formosana x Oryza sativa • Z laboratoře… Evropa – Medicago falcata x Medicago sativa Tolice vojtěška

GM kukuřice • První geneticky modifikovanou plodinou, kterou bylo v ČR možné pěstovat • Bt kukuřice se u nás stále pěstuje Bt-kukuřice – MON 810 Produkce Bt-toxinu Bacillus thuringiensis – gen pro CRY protein - insekticidní účinky pro housenky motýlů , neškodí broukům ani včelám – obrana proti zavíječi kukuřičnému Housenka se otráví Bez insekticidů Přežití pestrého hmyzího společenstva

GM brambora Průmyslový brambor Amflora - vyřazení syntézy amylózy – škrob je tvořen jen amylopektinem (březen 2010, EK schválila komerční pěstování pro nepotravinářské využití - papírenský a textilní průmysl, v roce 2010 pěstována také v ČR, ale dnes už se u nás nepěstuje) Testování dalších odrůd: Amadea – podobné vlastnosti jako Amflora, ale využití i v potravinářství Fortuna rezistence k bramborové plísni Další transgenní odrůdy – odolnost k hnilobě, odolnost k mandelince bramborové, kompaktnější odrůdu nasávající při smažení méně tuku • Protato (Indický GM brambor)– 60% více proteinů než nešlechtěný brambor, zvýšené hladiny některých aminokyselin

GM Rýže • hlavní potravina v Asii • Vysoká energetická hodnota, ale nedostatek aminokyselin a vitamínů Oslepnutí až 500 000 dětí ročně, smrt 6000 dětí denně Zlatá rýže - produkce -karotenu – provitamínu A (Antioxidační účinky, proti nádorům, infekcím, správná fce zraku) 2000 – GOLDEN RICE, 2001 – GR 1, 2005 – GR 2 zvýšený obsah bílkovin, vitamín E, železo, zinek 2009 – GR 2 G Filipíny, Bangladéš, Indie Bayer Crop. Science – LL 62 – rezistence vůči herbicidu Allergen – free rýže – Japonsko, citlivost na ASalbumin

GM plodiny v EU Postoj EU k GMO je velmi negativní Rakousko, Itálie, Řecko – bez polních pokusů Francie, Německo, Británie, Belgie - aktivisté Španělsko, Rumunsko, Švédsko, ČR - výzkum a vliv na životní prostředí Od 2009 – značný pokles polních pokusů s GM rostlinami BASF Plant Science z Evropy do USA 2012 – konec biotechnologických projektů Společnost se zaměří na vývoj GM plodin s uplatněním v Severní a Jižní Americe a v Asii Jedinou GM plodinou pěstovanou v EU je GM kukuřice Některé další GM plodiny se do EU dovážejí a zpracovávají

GM plodiny v ČR • Bt kukuřice MON 810 – v ČR se pěstuje od roku 2006 • GM brambora Amflora - 2010 - 150 ha polí, 2011 – nedostatek sadby, 2012 – BASF ukončila projekt Probíhá: drobné projekty s GM slivoní, lnem, hrachem a tabákem – pouze malé plochy Výzkum orientovaný na budoucí komerční využití nových GM plodin však přestává být u nás perspektivní. Česká komise pro nakládání s geneticky modifikovanými organismy a genetickými produkty Vědecký výbor pro geneticky modifikované potraviny a krmiva http: //www. mzp. cz/cz/geneticky_modifikovane_organismy

Princip genetické modifikace – proč zlepšovat vlastnosti rostlin Vyšší výnos, úspora pesticidů, omezení techniky – eroze, vláha GMO a globální problémy – přírůstek lidské populace, snížení CO 2, klimatické změny Zachování biodiverzity