Modificarea genetică a organismelor

Cap I Modificarea Genetica a Organismelor

1.1. Mic istoric al cercetărilor OMG-urilor

De când practică agricultura şi creşterea animalelor, omul a fost mereu interesat să adapteze, tot mai bine, plantele cultivate şi animalele domestice la nevoile sale. Până la apariţia geniului genetic, aceste ameliorări s-au realizat prin selecţia indivizilor care prezentau caracteristici morfologice sau fiziologice interesante(apărute prin mutaţii spontane) şi prin sistemul încrucişare- selecţie a hibrizilor dintre soiurile sau rasele aceleiaşi specii. La animale, încrucişările între specii diferite s-au dovedit a fi dificile şi nu au reuşit decât între speciile foarte apropiate, dând naştere la hibrizi incapabili de a se reproduce; catârca, pbţinută din încrucişarea măgarului cu iapa, fiind foarte rar fertilă, iar catărul este întotdeauna steril. La plante, hibrizii apăruţi prin încrucişări naturale4 sau artificiale între spewcii apropiate sunt, în general sterile, dar fertilitatea lor poate fi, în anumite cazuri, restaurată prin poliploidizare naturală sau artificială. Ca exemplu cazul de la Triticale, hibrid artificial între grâul tare(Triticum durum) şi secară(Secale ereale).la plantele care se înmulţesc în principal pe cale vegetativă, simpla selecţie a mutantelor spontane a contribuit, de asemenea, la sporirea biodiversităţii plantelor cultivate.

Prin suprimarea barierelor naturale, care, până în prezent, împiedicau schimburile de gene între specii şi regnuri diferite, geniul genetic permite crearea de organisme transgenice, dotate cu proprietăţi noi, total necunoscute înainte şi într-un timp scurt(un deceniu), fără nici o relaţie cu ritmul multimilenar al evoluţiei fiinţelor vii.

Tehnicile transgenezei conferă astfel omului puterea cvasinelimitată(cel puţin teoretic) de a modifica patrimoniul ereditar al tuturor fiinţelor care-l înconjoară, inclusiv al propriei sale specii. Este vorba, aşadar, de o veritabilă revoluţie biologică.

Începând cu sfârsitul anilor 1970, interesul industriilor s-a îndeptat mai cu seamă spre microorganismele utilizate în sectoarele alimentare şi farmaceutice:

 Transferarea genei interferonului(localizată pe perechea a cincea de cromozomi) în plasmide de Escherichia coli care, in vitro, producea interferon uman, de corca 200 ori mai ieftin decât cel obţinut prin extragerea lui din sângele omului;

 Obţinerea unei bacterii care produce un îndulcitor, thaumatina, mult mai puternic decât zahărul şi al cărei transgenă provine de la un arbore din Africa Occidentală(Thaumatococcus danielii, fam. Scitaminaceae).

În 1978 are loc obţinerea unei bacterii transgenice (Escherichia coli) care sintetizează insulină umană, ca urmare a transferului de gene umane care codifică aceasta proteină. Din 1979 începe comercializarea bacteriei de Escherichia coli şi producearea industrială a insulinei în bioreactoare. De asemenea, pornind tot de la această bacterie s-a ajuns la obţinerea hormonului de creştere, a interleuchinei cu rol anticancerigen.

Primele experienţe în vederea obţinerii de animale transgenice au fost realizate de R. Palmiter şi R. Brinster (1982), cercetători americani (de la Universităţile din Seattle, Philadelphia şi San Diego) care au reuşit transferul genei hormonului de creştere (somatotropina) de la şobolan la şoarece. Gena respectivă a fost prima oară clonată în bacterii pentru obţinerea ei în cantităţi mari.

1983 este anul în care se obţine prima plantă transgenică, un tutun rezistent la un antibiotic, datorită transferului unui fragment de plasmică bacteriană care codifică această proprietate. Deşi lipsit de valoare agricolă, acest tutun a conferit realizatorului său(prof. Van Montagu, Universitatea din Gand, Belgia) calitatea de pionier al transgenezei vegetale în Europa.

O altă bacterie transgenetică ce merită de asemenea a fi menţionată este Pseudomonas syringae, întrucât a fost primul OMG diseminat în mod voluntar în mediul înconjurător(în SUA, în anii 1983-1984), fără a se lua în considerare eventualele riscuri ecologice.

Obţinerea unor produse farmaceutice, prin utilizarea unor microorganisme, a început odată cu izolarea gramicidinei(1939, de către R. Dubos) dintr-o bacterie edafică(din sol), Bacillus brevis, care ,,hrănită“ cu pneumococi, stafilococi şi streptococi s-a dovedit a avea capacitatea de a ,, a digera“ aceşti agenţi patogeni.

Perioada 1980-1990 reprezintă etapa primelor tentative, mai întâi în SUA, apoi şi în Europa, pentru aplicarea transgenezei în terapiile umane, fie pentru a lupta împotriva unor maladii genetice (muscoviscidoză, miopatia Duchenne), fie împotriva diverselor tipuri de cancer.

1986- reprezintă premiera mondiala pentru cultura experimentală, în câmp, a unei plante transgenice(în Belgia). Începând cu acest moment se constată extinderea parcelelor experimentale şi creşterea numărului speciilor de plante transgenice aproape peste tot în lume.

Comercializarea primelor plante modificate genetic începe în SUA în anul 1994. în 1996 încep transporturile de containere cu soia şi porumb transgenic din SUA către diferite porturi ale Europei; explozia de culturi comerciale cu plante transgenice în SUA, Canada şi Argentina.

1.2. Plantele transgenice şi noile lor proprietăţi

Sunt relativ puţine lucrări care abordează, în mod critic, problema metodelor utilizate pentru transformarea genetică a plantelor (Potrykus, 1991), respectiv a mecanismelor biologice care permit transferul şi integrarea unui fragment de ADN străin într-o celulă vegetală ţintă. In numeroase laboratoare s-a reuşit transformarea genetică a diferitelor specii de plante, fie ele plante model cum ar fi tutunul (Nicotiana tabacum) sau petunia (Petunia hybrida), sau dimpotrivă plante considerate recalcitrante dar de un mare interes economic, cum ar fi soia sau unele cereale. Pentru o anumită specie de plante poate fi aplicată eficient o metodă de transformare genetică, sau mai multe.

Pentru o specie cum ar fi Arabidopsis thaliana, specie model pentru cercetările de genetică moleculară, al cărui genom a fost deja cartat în întregime, se pot aplica cu succes, în funcţie de scopul urmărit, mai multe metode de transformare genetică: transformarea seminţelor, a explantelor radiculare sau chiar a inflorescenţelor in planta, cu ajutorul vectorului Agrobacterium tumefaciens, transformarea directă a protoplastelor, metoda biolistică sau microinjectarea. Din păcate, însă, nu se pot aplica cu aceeaşi eficienţă diferite metode la specii considerate recalcitrante, iar celulele ţintă pentru transformare nu sunt întotdeauna cele care posedă totipotenţialitate şi deci pot regenera plante întregi. Mai mult, eficienţa transformării este dependentă nu numai de specie, dar chiar şi de genotip. De aceea, găsirea unei metode general aplicabile care să permită transformarea eficientă şi de rutină a tuturor genotipurilor şi speciilor de plante dorite de experimentatori, rămâne un obiectiv al cercetării din acest domeniu. Metodele de transformare pot fi clasificate în metode indirecte, bazate pe utilizarea unor vectori de ADN, şi metode directe.

1.2.1. Principalele metode utilizate pentru transformarea celulelor vegetale:

 METODE INDIRECTE – TRANSFORMAREA MEDIATA

1. Transformarea mediată de bacterii:

• Agrobacterium tumefaciens

• Agrobacterium rhizogenes

2. Transformarea mediată de virusuri

 METODE DIRECTE

o Transformarea protoplastelor

o Metoda “biolistics” – împuşcarea directă a ADN în celule

o Electroporarea

o Electroforeza