Biotechnologia - żywność GM i klonowanie.

Biotechnologia
Biotechnologia jest szczególną dziedziną nauki, techniki i gospodarki narodowej. Podstawowe badania naukowe dotyczące samej istoty struktury molekularnej materii ożywionej są w swej ostatecznej formie sprzedawane na rynku w postaci najbardziej popularnych i powszechnych artykułów konsumpcyjnych. Mamy tu pozornie bardzo proste sprzężenie wskazujące, że o dalszym rozwoju inżynierii genetycznej decyduje poprzez swój wybór i zakup konsument.
W ostatnich latach dwa zagadnienia wzbudzały szczególnie duże zainteresowanie społeczne: żywność genetycznie zmodyfikowana [„żywność GM”] oraz klonowanie. W odniesieniu do drugiego zagadnienia nie były prowadzone szczegółowe badania, jednakże można sądzić, że polska opinia społeczna jest nastawiona do niego zdecydowanie negatywnie. Natomiast w odniesieniu do „żywności GM” opinie są podzielone. „Żywność GM” to artykuły spożywcze zarówno zawierające genetycznie zmodyfikowany materiał (kwasy nukleinowe lub białka) jak również wyprodukowane za pomocą genetycznie zmodyfikowanych organizmów. Warto w tym miejscu wyjaśnić, że zgodnie z decyzją Unii Europejskiej termin „żywność GM” limitowany jest do produktów zawierających powyżej 1% genetycznie zmodyfikowanych komponentów: DNA i białka (a zatem piwo produkowane z wykorzystaniem drożdży GM czy też cukier otrzymywany z buraków GM nie są traktowane jako „żywność GM” i nie wymagają znakowania). Zrozumiałe, że taką definicję musi w najbliższym czasie przyjąć również Polska.




1.Żywność GM

Mają miejsce spektakularne sukcesy nowoczesnej biotechnologii jak i liczne afery, które „nie mają końca". Dynamiczny rozwój biotechnologii spotyka się zarówno z akceptacją społeczną, jak i krytyką, sceptycyzmem, a nawet odrzuceniem. Zróżnicowane aspekty biotechnologii i reakcje społeczne są skrótowo przedstawione w kontekście „afer" biotechnologicznych jakie miały miejsce w ostatnich latach (patrz tab.).


Rok Kraj Zagadnienie

1997 UKUSA książę Karol: „...do Boga i tylko do Boga" prezydent J. Carter: „...stracą najubożsi..."

1998 USA alergeny z orzeszków ziemnych w soi

1998/99 UK A. Pusztai - szczury karmione GM ziemniakami z lektyną

1999 USA tryptofan - toksyna nie została usunięta w trakcie

1999 USA Monarch Butterfly motyle ginące na kukurydzy Bt

2000 Niemcy Pszczoły z genami Bt z GM rzepaku

2000 USA w potrawie „Taco shell" sprzedawanej przez sieć sklepów Taco Bell znaleziono GM kukurydzę paszową

Książę Karol: „...do Boga i tylko do Boga..."
Brytyjski następca tronu opublikował obszerny tekst, dostępny także w Internecie na stronach www brytyjskiego domu królewskiego, w którym stwierdził, że modyfikacje genomu należą tylko i wyłącznie do Boga. Wyraził również dezaprobatę dla wszelkiej żywności GM, nie wspominając, że jest producentem żywności ekologicznej na skalę przemysłową. Odpowiedział na ten list były prezydent USA:
Prezydent J. Carter: „...stracą najubożsi..."
Stwierdził on, że najbardziej zainteresowanymi w rozwoju nowoczesnych technologii są mieszkańcy krajów najbiedniejszych; im najbardziej potrzebne są osiągnięcia inżynierii genetycznej w zakresie produkcji leków, żywności i ochrony środowiska.

Alergeny z orzeszków ziemnych w soi
Soja należy do jednej z najcenniejszych roślin i wytwarza bardzo zdrowe białko, jednakże zawiera stosunkowo niewiele aminokwasów siarkowych, które są obecne w dużej ilości w orzeszkach ziemnych. Geny tych białek przeniesiono do soi. Na etapie prac doświadczalnych stwierdzono, że niektóre białka mają charakter alergenny i wstrzymano prowadzenie dalszych prac. Jest to przykład, że stwierdzenie złych efektów możliwe jest na poziomie laboratorium i prowadzi do zaprzestania badań i procesów wdrożeniowych, przed rozpoczęciem komercjalizacji.

Pusztai - szczury karmione GM ziemniakami z lektyną
Węgierski uczony pracujący w Wielkiej Brytanii ogłosił na konferencji prasowej [poza środowiskiem naukowym], że transgeniczne ziemniaki zawierające dobrze znaną substancję antyżywieniową - lektynę, są trujące dla ssaków. Badania te nie zostały do dzisiaj powtórzone i w recenzjach merytorycznych stwierdzono, że nie są wiarygodne, aczkolwiek zostały opublikowane w piśmie naukowym w 1999 r., aby środowisko naukowe mogło zapoznać się z tymi, bardzo głośnymi wynikami.

Tryptofan - toksyna nie została usunięta w trakcie oczyszczania
Tryptofan to aminokwas, bardzo popularny w USA jako odżywka, sprzedawana bez recepty. Praktycznie cały tryptofan na rynku amerykańskim jest otrzymywany z transgenicznych bakterii, a producentem jest jedna firma. W pewnym okresie produkcji uproszczono procedurę oczyszczania co spowodowało pozostawienie w produkcie handlowym substancji toksycznych [skutki byty tragiczne - śmierć kilkudziesięciu osób, ciężka choroba kilku tysięcy). Po przywróceniu pierwotnej procedury oczyszczania preparat okazał się pełnowartościowy. Przyczyną tragedii były pozorne oszczędności, a nie transgeniczne bakterie.

Monarch Butterfly, motyle ginące na kukurydzy Bt
Komunikat jednej z najbardziej znanych uczelni amerykańskich Cornell
University brzmiał bardzo groźnie: na polach transgenicznej kukurydzy giną motyle. Wkrótce ta sama uczelnia opublikowała sprostowanie: zapomniano wykonać próbę kontrolną, czyli sprawdzić ile motyli ginie na poletku kontrolnym (na zwykłej kukurydzy, traktowanej chemicznymi środkami ochrony roślin) - okazało się, że znacznie mniej motyli ginie na polu transgenicznym, aniżeli w przypadku upraw gdzie stosowano tradycyjne środki.

Pszczoły z genami Bt z GM rzepaku
Nie ma jeszcze ostatecznych wyjaśnień tej obserwacji: w przewodzie pokarmowym pszczół żerujących na transgenicznym rzepaku stwierdzono geny kukurydzy. Prawdopodobnie przyczyna jest wręcz banalna: bezpośrednio po konsumpcji w każdym układzie pokarmowym znajdują się geny pochodzące ze skonsumowanego organizmu [zanim zostaną strawione lub wydalone).

W potrawie „Taco shell" sprzedawanej przez sieć sklepów Taco Bell znaleziono GM kukurydzę paszową
Aktywiści „zielonych", przeciwnicy żywności GM, spośród milionów opakowań tej potrawy szczęśliwie znaleźli 7 sztuk zawierających transgeniczną kukurydzę paszową. Nastąpiło tu zatem przekroczenie dwóch norm prawnych: wprowadzono do żywności zboże paszowe oraz nie opisano produktu transgenicznego. Kosztem milionów dolarów firma wycofała całą produkcję z rynku. Wstępnie zakłada się kilka możliwych przyczyn, ale sprawa nie jest jeszcze rozwiązana. Najbardziej prawdopodobne jest, że któryś z farmerów był nieuczciwy i sprzedał na cele konsumpcyjne kukurydzę paszową.

GENETYCZNIE MODYFIKOWANA ŻYWNOŚĆ
- NIEPRZEWIDYWALNE RYZYKO
Stosowanie inżynierii genetycznej w rolnictwie i produkcji żywności ma wpływ nie tylko na środowisko i różnorodność biologiczną, ale także na ludzkie zdrowie. Oznacza to, że w celu dokładnego określenia bezpieczeństwa biologicznego niezbędne jest ustalenie wpływu organizmów powstałych w wyniku inżynierii genetycznej na środowisko oraz oszacowanie ryzyka, jakie niesie dla zdrowia konsumentów genetycznie zmodyfikowana żywność.
Zagrożenie, które może powodować żywność powstała poprzez stosowanie inżynierii genetycznej, jest trojakiego rodzaju: alergeny, toksyny i obniżona jakość pokarmowa. Niniejszy artykuł rozpoczyna się od dyskusji, w jaki sposób inżynieria genetyczna wprowadza takie ryzyko do żywności, a następnie określa procedury służące oszacowaniu, czy dana żywność niesie z sobą to ryzyko, czy nie. W niniejszej dyskusji żywność, składniki żywności i dodatki do żywności produkowane przez technologie w wyniku stosowania zrekombinowanego DNA będą nazywane genetycznie zmodyfikowaną, rekombinacyjną lub transgeniczną żywnością, a termin "żywność" będzie odnosił się ogólnie do żywności, dodatków do żywności i suplementów żywieniowych.
Niektóre z niebezpieczeństw dla zdrowia związanych z genetycznie zmodyfikowaną żywnością mogą być przewidywane na podstawie charakterystyki niezmodyfikowanych organizmów, z których powstał organizm produkujący przetworzoną genetycznie żywność, oraz źródła genów wykorzystanych do wytworzenia organizmu w wyniku inżynierii genetycznej. Na przykład, jeśli gen pochodzący z orzeszków ziemnych zostanie wprowadzony do jakiejś rośliny, wówczas żywność produkowana z roślin powstałych w wyniku tego zabiegu, może powodować reakcje alergiczne u ludzi, którzy są uczuleni na orzeszki ziemne.
W dodatku do tego możliwego do przewidzenia ryzyka, zarówno aktualna metoda stosowania rekombinacyjnego DNA, jak i te, które prawdopodobnie będą rozwinięte w przyszłości, są w stanie wprowadzić niepożądane zmiany w funkcjach i strukturze organizmów produkujących żywność. W rezultacie zmodyfikowana genetycznie żywność może mieć cechy charakterystyczne, zupełnie nie zamierzone, przez jej autora - "inżyniera genetycznego". Niektóre z tych przypadkowych zmian mogą być szkodliwe dla zdrowia konsumenta.
Zanim zmodyfikowana genetycznie żywność zostanie wprowadzona na rynek, powinna być starannie przetestowana, aby upewnić się, czy jest wolna od przewidywalnych i niespodziewanych alergenów i toksyn oraz czyjej jakość pokarmowa nie została zmieniona. Posłużyć do tego mogą przedstawione poniżej strategie testowania.
TOKSYNY l ZWIĄZKI PODRAŻNIAJĄCE WYTWARZANE W ZMODYFIKOWANEJ GENETYCZNIE ŻYWNOŚCI
Większość substancji występujących w żywności zmodyfikowanej genetycznie będzie obecna jedynie w ilościach śladowych. Tym niemniej te dodane składniki, nawet w ilościach śladowych, mogą w zasadniczy sposób zmienić pokarmową lub biologiczną charakterystykę żywności.
Oprócz działania wywołującego alergie zmodyfikowane białka mogą wykazywać także inne biologiczne właściwości. W przypadku zmodyfikowanych enzymów mogą na przykład katalizować produkcję innych składników o biologicznej aktywności normalnie nieobecnej w tej konkretnej żywności. Takie substancje mogą działać na przykład jako toksyny, związki podrażniające, mimetyczne hormony itp. Mogą ponadto działać na poziomie biochemicznym, komórkowym, tkankowym lub na poziomie organów, a także naruszać cały zakres funkcji fizjologicznych.
Przykładem klasy żywności powstałej w wyniku inżynierii genetycznej jest ta, którą zmodyfikowano w celu produkowania czynników kontroli biologicznej, jak na przykład rodzina środków do zwalczania owadów - enterotoksyn Bt. Każda z toksyn Bt jest specyficzna dla odpowiedniej klasy owadów. Toksyna Btk była stosowana powierzchownie w rolnictwie podstawowym od wielu lat i gdy stosowano ją w ten sposób nie donoszono o powodowanych przez nią reakcjach toksycznych występujących u konsumentów. Jednak nie byłoby wcale zaskoczeniem, gdyby okazało się, że taki składnik jak toksyna Btk, która ma dużą skuteczność biologiczną w stosunku do jednej klasy organizmów, wykazywała także działanie biologiczne u odległych rzędów takich jak kręgowce. Działanie takie może stać się widoczne, o ile toksyna będzie konsumowana w dużych ilościach. Tak jak to będzie się działo w przypadku zmodyfikowanej genetycznie żywności pozyskanej z organizmów powstałych w wyniku inżynierii genetycznej, które będą przejawiały wysoki poziom takiej toksyny w organizmie.
Normalnie, stosowana powierzchniowo, toksyna Bt ulega biodegradacji do niewykrywalnego poziomu w wyniku działania słonecznych promieni ultrafioletowych i innych procesów w ciągu zaledwie kilku dni. Jednak zmodyfikowane genetycznie rośliny produkują ją stale i utrzymują jej wysoki poziom. Co więcej, toksyna ta będzie występowała nie tylko na powierzchni rośliny, ale także wewnątrz, gdzie będzie chroniona przed promieniowaniem ultrafioletowym i może ulegać kumulacji.
W rezultacie konsumenci żywności zawierającej tę toksynę mogą spożywać znacznie większe jej ilości, niż to ma miejsce w przypadku żywności pozyskiwanej z roślin traktowanych tą toksyną powierzchniowo. Ostatecznie znakomity wynik stopnia bezpieczeństwa uzyskiwany dla toksyny Bt stosowanej powierzchniowo, nie jest adekwatny dla żywności uzyskiwanej z roślin zmodyfikowanych genetycznie w celu produkcji toksyny Bt.
2. Klonowanie.

SKLONUJ SIĘ, CZŁOWIEKU!

W dużym uproszczeniu klonowanie polega na produkcji jednego lub kilku zwierząt genetycznie identycznych ze zwierzęciem macierzystym. Termin jest dość szeroki i obejmuje trzy techniki, które w znacznym stopniu różnią się od siebie, zaś ich cele są całkiem odmienne. Większość ludzi odnosi się do klonowania dość sceptycznie, mając w pamięci niezliczone filmy i książki grozy. Rzeczywistość okazuje się jednak bardziej skomplikowana i zaskakująca niż filmy, a potencjalne korzyści płynące z różnych technik klonowania zdają się być olbrzymie (jak choćby możliwość klonowania wymarłych gatunków).
· Klonowanie embrionalne
· Klonowanie reproduktywne (dorosłych osobników)
· Klonowanie terapeutyczne (organów)

KLONOWANIE EMBRIONALNE

Technika medyczna, w wyniku której powstają identyczne dwojaczki, trojaczki itd. Z embriona pobieranych jest kilka komórek, które (każda osobno) rozwijają się w jego kopię. W ten prosty sposób powstają tzw. Wieloraczki, które mają identyczny kod DNA. Do tej pory tego typu eksperymenty wykonywane były na różnych gatunkach zwierząt. Na ludzkich embrionach odbyło się niewiele doświadczeń, ale przecież technicznie zabieg taki niczym nie odbiega od eksperymentów na zwierzętach. Klonowanie embrionalne możnaby nazwać sztucznym procesem tworzenia bliźniaków, gdyż mechanizm jest praktycznie identyczny z naturalnym. Średnio 1 na 75 ludzkich embrionów w sposób samoistny rozpada się na dwie lub więcej części (czasami nawet na 6 lub więcej, o czym zwykle radośnie zawiadamia nas telewizja), a obdarowani przez naturę rodzice mogą cieszyć się powstałymi w „normalny sposób” klonami. Czy sztucznie wyprodukowane bliźniak czymś się różni od urodzonego naturalnie? To pytanie raczej natury moralno – religijnej niż naukowej, gdyż z technicznego punktu widzenia sztucznie stworzony klon jest pełnoprawnym człowiekiem i nikt nie ma prawa kwestionować jego przynależności do naszej rasy.

Jak to się robi?
Klonowanie embrionalne człowieka przebiega następująco. Komórka jajowa łączona jest w szklanej zlewce z plemnikiem. Następnie zygota, czyli zapłodnione jajeczko, z czasem rozwija się w blastulę (sferę zbudowaną z komórek). Zygota dzieli się najpierw na 2 części, potem na 4, na 8 i tak dalej. Do zlewki dodawany jest specjalny preparat chemiczny, który rozpuszcza powłokę spajającą komórki. Przy okazji płyn dostarcza im elementów odżywczych, które sprzyjają dzieleniu się komórki. Po pozbyciu się powłoki zygota dzielona jest na pojedyncze komórki, z których każda umieszczana jest w osobnej zlewce. Następnie w sposób sztuczny odtwarzana jest powłoka ochronna zdjęta wcześniej, zaś komórce pozwala się rosnąć i dzielić w normalny sposób. Podczas eksperymentu na ludzkim embrionie celowo użyto wadliwej komórki rozrodczej. Uzyskane klony rozwinęły się do postaci 32 komórek, a następnie obumarły. Gdyby jednak użyta komórka była sprawna, z pewnością rozwinęłaby się w płody ludzkie. Wadliwej komórki użyto z powodów etycznych.

Historia badań
Eksperymenty z klonowaniem embrionalnym przeprowadzane były na myszach od końca lat 70. Na innych zwierzętach szereg badań przeprowadzono w latach 80. Uzyskane sklonowane embriony umieszczano w łonie matki tak, by rozwinęły się w nowy organizm. Niestety, zarówno w Stanach Zjednoczonych, jak i w wielu innych krajach, zabroniono wszelkich eksperymentów na ludzkich embrionach, głównie za sprawą protestów fanatycznych grup religijnych walczących przedtem nie mniej zajadle o odebranie kobietom prawa do aborcji. Zarówno za kadencji Regana, jak i Busha (starego) badania na ludziach były zakazane. Dopiero Bill Clinton zniósł ten przepis (...).
Przez kilkanaście lat proces klonowania embrionalnego z powodzeniem był wykorzystywany między innymi na owcach i bydle. Ciężko określić, kto pierwszy spróbował sklonować embrion ludzki, gdyż ze względu na prawo eksperyment ten przebiegał w tajemnicy. Jednak oficjalnie po raz pierwszy dokonał tego Robert J. Stillman wraz ze swoim zespołem z Centrum Medycznego im. George’a Washingtona w Waszyngtonie DC. Naukowcy wzięli 17 uszkodzonych embrionów, które i tak umarłyby w przeciągu kilku dni niezależnie od tego, co by z nimi zrobiono. W każdym razie żadna z komórek nie miała szans rozwinąć się w płód. Eksperyment powiódł się, uzyskano z każdej komórki jednego lub więcej klonów. Jak się zdaje, głównym zamierzeniem autorów doświadczenia było ściągnięcie uwagi społeczeństwa na problem klonowania ludzi.
Obecnie dopuszczalne jest eksperymentowanie na embrionach ludzkich (ich duże zapasy są efektem wielu lat stosowania techniki in vitro) do 18 dnia ich życia. Liczba ta wynika z faktu, iż właśnie około 18 dnia rozpoczyna się produkcja układu nerwowego embrionu (...).

KLONOWANIE REPRODUKTYWNE (DOROSŁYCH OSOBNIKÓW)

Technika ta stosowana jest, by otrzymać replikę żyjącego już zwierzęcia (lub człowieka). Wykorzystano ją już do klonowania owiec i innych ssaków. Jak na razie nie przeprowadzano żadnego potwierdzonego eksperymentu na ludziach, choć krążą pogłoski, że niejaki dr Severino Aninori już usiłował to zrobić. Gdyby eksperyment się powiódł, otrzymałby klona (bliźniaka) już istniejącej osoby. Niestety istnieje spore ryzyko, że cały proces może spowodować poważne defekty u stworzonego embriona.

Jak to się robi?
Poza komórkami rozrodczymi (plemnik, jajeczko), każda komórka posiada pełen zestaw informacji zapisanych w kodzie DNA, by móc odtworzyć na ich podstawie kompletny organizm identyczny ze wzorcem. Dzięki skomplikowanemu systemowi chemicznych substancji organizm ogranicza funkcje każdej komórki do pożądanych (inne funkcje mają komórki nerwowe, a inne np. komórki mięśni). Do niedawna nikt nie wierzył, że te „chemiczne pęta” da się zlikwidować i zmusić tym samym komórkę do zachowań innych niż te, które wykonywała od zawsze. A jednak udało się! Słynny już eksperyment, który dał światu owieczkę Dolly, przebiegał następująco. Od 6-letniej owcy pobrano DNA i zastąpiono nim oryginalne DNA jajeczka owcy. Do rozwoju jajeczko pobudzane było impulsami elektrycznymi. Z 277 prób wymuszenia podziału powiodło się tylko 29. Embriony wszczepiono owcom – nosicielkom – 13 z nich faktycznie zaszło w ciążę, jednak tylko jednej z nich udało się ją donosić. Niektórzy naukowcy twierdzili, że ponieważ Dolly powstała z 6-letniej komórki (a raczej kodu DNA), jej okres życia może ulec skróceniu ze standardowych 11 lat do 5. Nic takiego jednak nie nastąpiło – Dolly ma teraz 7 lat i miewa się dobrze.

Historia badań
1997 – Dr Ian Wilmut z Uniwersytetu w Roslin w Szkocji klonuje owieczkę Dolly. Od tego czasu w instytucie sklonowano 7 innych owiec 3 różnych ras. Przypuszczalnie metodą szkockich naukowców można bez problemu klonować również inne ssaki, a może nawet ludzi.
1998 – Dr Ryuzo Yanagimachi z Uniwersytetu Hawajskiego sklonował 22 myszy. Niektóre z nich to klony klonów. W tym samym roku badacze z Kinki University w Nara (...) wyklonowali 8 cielaków z jednego DNA krowy, z czego 4 przeżyły pierwsze tygodnie życia. Niedługo też trzeba było czekać na pierwszą próbę na ludziach. W grudniu 1998 naukowcy Kim Seug-bo i Lee Bo-yeon z Korei ogłosili, iż udało im się sklonować człowieka. DNA 30-letniej kobiety umieszczono w jej jajeczku. Koreańczycy odczekali, aż embrion podzieli się na 4 części. Na tym etapie embrion powinien zostać wszczepiony matce-nosicielce, jednak badacze nie zrobili tego, tłumacząc się innymi celami doświadczenia oraz wątpliwościami moralnymi.
2000 – do końca tysiąclecia udało się sklonować 8 gatunków zwierząt, między innymi myszy, krowy, rezusy (małpy), owce, świnie i szczury. W wyniku eksperymentów powstało od 3000 do 5000 sklonowanych osobników. Przy okazji natrafiono na problemy: losowo występujące błędy w uzyskanym kodzie prawdopodobnie spowodowane morderczym tempem, w jakim komórka musi przeprogramować się do swojej nowej roli. (...)

KLONOWANIE TERAPEUTYCZNE (ORGANÓW)

Technika, której pierwsze etapy są identyczne jak w przypadku klonowania reproduktywnego. Celem jest jednak nie wyklonowanie całego osobnika, a zmuszenie komórek do rozwinięcia się w konkretny organ, który potem może być wszczepiony osobie, która była dawcą komórek. To znacznie lepsza technika niż przeszczepianie organów od innych osób, gdyż chory dostaje organ identyczny z własnym, zaś ryzyko odrzucenia jest nikłe. Poza tym technika ta daje możliwość klonowania dowolnej ilości organów, co zlikwidowałoby skutecznie kolejki chorych czekających na przeszczep.

Jak to się robi?
Od dowolnej kobiety pobierane jest jajeczko, jego DNA zastępowane jest DNA chorego. Następnie komórka pobudzana jest impulsem elektrycznym do rozwoju. Gdy embrion dostatecznie się rozwinie, pobierane są z niego specjalne komórki, hemocytoblasty, które mogą rozwinąć się w dowolny organ ludzkiego ciała. Po odczekaniu stosownego czasu organ gotowy jest do przeszczepu. Jak dotąd żadnej klinice nie udało się przeprowadzić procesu w całości, ale to już tylko kwestia czasu. (...)

Bibliografia:
1.) Fantasy 1/’03
2.) http://www.biotech.univ.gda.pl
3.) http://www.biotechnologia.com.pl
4.) http://www.infogmo.edu.pl