Definition

Inżynieria genetyczna lub modyfikacja genetyczna jest dziedziną genetyki, która zmienia DNA organizmu poprzez zmianę lub zastąpienie określonych genów. Wykorzystywana w sektorze rolniczym, przemysłowym, chemicznym, farmaceutycznym i medycznym, inżynieria genetyczna może być stosowana do produkcji drożdży piwowarskich, terapii nowotworowych, genetycznie modyfikowanych upraw i zwierząt gospodarskich, wśród niezliczonych innych opcji. Jedynym kryterium jest to, że zmodyfikowany produkt jest – lub kiedyś był – żywym organizmem zawierającym DNA.

przykłady inżynierii genetycznej

Przykłady inżynierii genetycznej są wymienione według sektorów w tym artykule, gdzie każdy sektor stosuje modyfikację DNA w innym celu. Ponieważ ludzki genom zawiera od 20 000 do 25 000 genów i ponieważ te geny mogą rozciągać się od zaledwie kilkuset par zasad do ponad 2 milionów, zakres inżynierii genetycznej jest ogromny. Istnieje jednak wiele pytań etycznych, które dotyczą tego, jak daleko powinny posunąć się tego rodzaju badania i jakie zastosowania są dopuszczalne.

Przemysł chemiczny

Przemysł chemiczny wykorzystuje inżynierię genetyczną, gdy wytwarza zmodyfikowane żywe mikroorganizmy do produkcji chemicznej. Nie jest możliwe genetyczne zaprojektowanie substancji chemicznej lub materiału, takiego jak kwas lub pręt stalowy – nie zawierają one DNA; jednak bakterie, które produkują kwas, na przykład, mogą być genetycznie modyfikowane.

Naturalne związki chemiczne są niezbędne do istnienia życia. Przez lata były one naśladowane przez kopie stworzone przez człowieka (syntetyczne). Jednym z przykładów inżynierii genetycznej w dzisiejszym przemyśle chemicznym jest enzym zwany proteazą. Inżynieria proteazy jest podstawą modyfikacji genetycznej w produkcji detergentów do prania.

Proteazy są enzymami występującymi w każdym żywym organizmie; ich funkcją jest katalizowanie (przyspieszanie) rozpadu wiązań estrowych i peptydowych, które występują w wielu rodzajach plam do prania. Geny proteazy dają komórkom instrukcje produkcyjne dla produkcji proteazy wewnątrz komórki (synteza białka). Manipulując tymi genami, możemy zmienić ostateczną formę proteazy i niektóre z jej właściwości.

Wcześniejsze detergenty nie miały dostępu do technologii inżynierii genetycznej, ale nawet wtedy badacze byli w stanie modyfikować proteazy, wybierając i produkując najlepsze szczepy. Dzięki inżynierii genetycznej, enzymy te mogą być dalej ulepszane, aby uzyskać jeszcze bielszą biel. Gdy gen odpowiedzialny za produkcję proteazy został rozszyfrowany, możliwe było jego wyodrębnienie i zmodyfikowanie. Dokonano wielu modyfikacji, które poprawiają wyniki usuwania plam w różnych poziomach pH i temperatury wody, na przykład.

Inne przykłady inżynierii genetycznej w przemyśle chemicznym obejmują mniej szkodliwe dla środowiska zarządzanie ściekami. Polega to na modyfikowaniu genów wielu rodzajów bakterii, które trawią odpady, nie pozostawiając po sobie podobnie szkodliwych produktów ubocznych. Innym przykładem jest produkcja biodegradowalnych tworzyw sztucznych przy użyciu genetycznie zmodyfikowanych szczepów cyjanobakterii.

Produkcja roślinna

Przykłady inżynierii genetycznej odnoszące się do produkcji roślinnej są często wykorzystywane, aby powiedzieć nam, dlaczego nie należy ich kupować lub jeść; jednak rosnąca populacja bez czasu, miejsca lub często wiedzy, aby produkować rośliny w domu, oznacza, że musimy wykorzystywać nasze grunty rolne bardziej efektywnie. Jednocześnie ważne jest, aby nie zmniejszać naturalnych siedlisk na całym świecie. Genetycznie zmodyfikowane uprawy (GMO) są odpowiedzią w postaci zwiększonych plonów na mniejszej działce. Genetycznie modyfikowane uprawy koncentrują się na zwiększonej odporności na choroby, zwiększonej zawartości włókna i składników odżywczych lub zwiększonej wydajności – najlepiej kombinacji wszystkich trzech. Jeśli możemy uzyskać wszystkie minerały i witaminy, których potrzebujemy z super pomidora, który rośnie bardzo szybko bez pestycydów lub nawozów, a nawet będzie rosnąć w warunkach suszy, to temat upraw GM nagle wygląda bardzo atrakcyjny naprawdę.

Wiele negatywnych komentarzy publicznych spowodowało, że uprawy genetycznie modyfikowane są niepopularne; wiele upraw GM – nawet jeśli uprawiane legalnie – nie może znaleźć wystarczająco duży rynek. Oznacza to, że rolnicy rzadko chcą podejmować ryzyko finansowe, aby je uprawiać.

Nie ma dowodów naukowych na to, że uprawy GM są niebezpieczne do jedzenia w porównaniu z uprawami niezmodyfikowanymi genetycznie, ale inżynieria genetyczna jest dość nowa i nie możemy powiedzieć na pewno, czy długoterminowe skutki są szkodliwe dla ludzi lub zwierząt, które je jedzą (które możemy następnie jeść w naszych hamburgerach). Jedyną rośliną genetycznie modyfikowaną uprawianą legalnie w Unii Europejskiej (UE) jest kukurydza MON 810. Produkcja tej kukurydzy w UE może być również zakazana w przyszłości. Prawo federalne w USA jest surowe w zakresie testowania GMO, ale produkcja, sprzedaż i konsumpcja upraw GMO są legalne.

Zwierzęta

Przykłady inżynierii genetycznej w hodowli zwierząt gospodarskich powinny zawsze wspominać o jednym ograniczeniu Food and Drug Administration, które zostało ostatnio zniesione. Import, sprzedaż i hodowla jaj łososia GM kiedyś zakazane w USA, choć nie było to spowodowane obawami, że jedzenie tych ryb może być niebezpieczne dla naszego zdrowia – zakaz był ze względu na przepisy dotyczące etykietowania. Zakaz ten został teraz lifted.

W AquaAdvantage łososia, naukowcy połączyli geny łososia Chinook i raczej brzydki ocean pout (poniżej) do produkcji stale rosnące łososia (łosoś zwykle rośnie sezonowo), który wykorzystuje i wymaga mniej kalorii niż dzikich lub hodowlanych alternatyw. Firma spędziła dwadzieścia lat testowania tego nowego źródła żywności, argumenty przeciwko użyciu GM łososia są zwykle oparte na fakcie, że dwadzieścia lat nie jest bardzo długo w średnim ludzkim lifespan.

Jak genetycznie modyfikowana wołowina jest trudne do znalezienia, to jest jeszcze możliwe, że pieczeń kiedyś jadł GM paszę. Mogła też mieć – za życia – wstrzykiwany genetycznie modyfikowany rekombinowany bydlęcy hormon wzrostu (rBGH). Hormon ten jest również wstrzykiwany krowom mlecznym. Stwierdzono, że mleko krów leczonych rBGH zawiera wyższy poziom IGF-1, hormonu, który wydaje się zwiększać ryzyko raka piersi, prostaty, okrężnicy i płuc u ludzi. Jest to tylko jeden z powodów, dla których produkty modyfikowane genetycznie są tak kontrowersyjne. Ale badania wykazały również, że stosowanie pasz GM zwiększa poziom zdrowia u zwierząt i często oznacza, że rolnicy nie muszą wstrzykiwać antybiotyków i hormonów swoim zwierzętom gospodarskim – ponieważ te chemikalia mogą przechodzić do krwiobiegu ludzi, którzy jedzą zwierzęta gospodarskie lub piją ich mleko, może to być podwójnie pozytywny wynik. Jury is still out.

GM kurczak nie jest dostępny w lokalnym supermarkecie (jeszcze), ale kurczaki karmione paszami GM są często oznakowane jako takie. Tak więc jest to strawione pozostałości różnych genetycznie zmodyfikowanych upraw, a nie genetycznie zmodyfikowany ptak, który piecze się w piekarniku.

Genetycznie zmodyfikowane jaja kurze są badane jako przyszłe źródło naturalnych związków chemicznych. Kury płci żeńskiej mogą być genetycznie zmodyfikowane do produkcji jaj, które zawierają większe ilości pewnych białek. Białka te są powszechnie stosowane w procesach produkcyjnych leków farmaceutycznych. Przyszłe ceny leków mogą być znacznie bardziej przystępne dzięki technologii modyfikacji genetycznej.

Terapia nowotworów

Przykłady inżynierii genetycznej w terapii nowotworów już zaczynają pokazywać bardzo pozytywne wyniki. Również tutaj pojawia się kurze jajko. W tej dziedzinie inżynierii genetycznej modyfikowane są geny bakterii, które produkują określone białka. Białka te – być może słyszeliście o bardzo intensywnie badanym białku Cas9 – tworzą przeciwciała, które pomagają w niszczeniu wirusów. Ten rodzaj białek wspiera również mechanizm, który alarmuje odpowiedź immunologiczną u ludzi. Ponieważ odpowiedź ta jest często tłumiona przez komórki rakowe, Cas9 może być w stanie pomóc organizmowi w rozpoznawaniu, a następnie zwalczaniu raka. Cas9 jest już badany i testowany dla zaburzeń genetycznych, takich jak choroba sierpowatokrwinkowa i mukowiscydoza.

Choroby weneryczne

Choroby weneryczne i zaburzenia mogą stać się przeszłością dzięki inżynierii genetycznej – jest tylko jeden problem, etyczne wykorzystanie ludzkich embrionów do celów badawczych.

Embryologiczna inżynieria genetyczna jest legalna w niektórych krajach i kraje te są bardzo krytykowane. Ale kiedy He Jiankui edytował geny bliźniaczych embrionów, a następnie wszczepił je kobiecie, która urodziła te genetycznie zmodyfikowane dzieci, świat oszalał, a Jiankui został następnie uwięziony. Nie tylko nieznane są długoterminowe skutki inżynierii genetycznej, ale wszelkie zmiany mogą przenosić się na kolejne pokolenia lub kontynuować zmiany bez naturalnej kontroli, jaką jest ewolucja. Dla ludzi, którzy wierzą, że życie zaczyna się w momencie poczęcia lub uważają embrion za żywą, świadomą osobę, istnieje jeszcze więcej argumentów etycznych.

Wielu rodzicom, którzy przechodzą proces zapłodnienia in vitro (IVF), oferuje się opcję genetycznej diagnostyki przedimplantacyjnej (PGD). W ten sposób sprawdza się DNA zapłodnionej komórki jajowej, zanim zostanie ona umieszczona w macicy. Celem jest znalezienie ewentualnych mutacji genetycznych. Rodzice mają prawo do odrzucenia „wadliwych” jajeczek. Wielu uważa, że jest to bardzo złe, ponieważ nie ustaliliśmy, co jest uważane za niepożądaną mutację. Wada genetyczna, która powoduje poronienie, byłaby być może do przyjęcia. Ale co z płcią, dziedziczną chorobą psychiczną, kolorem oczu? W ostatnich latach kilka klinik leczenia bezpłodności w Indiach zostało oskarżonych na przykład o obiecywanie parom męskiego potomstwa. Nie jest to przykład inżynierii genetycznej, ale wiele grup obawia się, że pewne wybory fizjologiczne mogą bez kontroli przedostać się do inżynierii genetycznej. Dziś modyfikacje genetyczne u ludzi opierają się praktycznie na tych samych argumentach etycznych co aborcja.

Za i przeciw inżynierii genetycznej

Za i przeciw inżynierii genetycznej nie są wcale jednoznaczne. W dziedzinie modyfikacji genetycznej człowieka, nasze osobiste przekonania wpływają na to, jak ta technologia będzie się rozwijać i iść naprzód. W krajach, w których prawo stanowi, że życie ludzkie zaczyna się w 24 tygodniu, inżynieria genetyczna embrionów, które nie dożyły do terminu porodu, jest bardziej prawdopodobne, że zostanie zaakceptowana. Ta kwestia etyczna jest częścią tego, co jest znane jako argument osobowości płodu i jest głównym powodem, dla którego inżynieria genetyczna u ludzi spotyka się z tak dużym oporem.

W środowisku rolniczym obawy społeczeństwa dotyczą długoterminowych skutków spożywania żywności zmodyfikowanej genetycznie. Obawy te powstrzymują rolników przed produkcją zmodyfikowanych roślin, ponieważ mogą nie być w stanie ich sprzedać, a w wielu krajach ich uprawa jest niezgodna z prawem. Kwestie osobiste są często opiniami; faktyczne za i przeciw dotyczą wyników długotrwałych badań naukowych. Niestety, edycja genomu jest nową technologią i nie mamy żadnych danych, które obejmowałyby więcej niż kilka lat – z pewnością nic, co obejmowałoby okres życia jednego lub więcej pokoleń.

Zalety

Zalety inżynierii genetycznej należy zacząć od tego, że temat ten pozwolił nam dowiedzieć się o wiele więcej o naszych genach i genach innych organizmów. To właśnie dzięki inżynierii genetycznej dowiadujemy się, jak działa cała gama organizmów zawierających DNA – od bakterii po ludzi.

Inżynieria genetyczna dała nam świeżą i nieoczekiwaną wiedzę, która mówi nam, jak rozwijają się niektóre choroby. Dziedzina ta dostarczyła również ukierunkowanych terapii, które mogą wyleczyć lub przynajmniej złagodzić te choroby. Nie tylko działanie farmaceutyków, ale także ich tańsza produkcja – jak w przypadku jaj kurzych GM – może być bardziej wydajne dzięki tej technologii.

Połączenie rosnącej populacji światowej i konieczność utrzymania bardzo niestabilnego stosunku gruntów rolnych do naturalnych siedlisk doprowadziła do rozwoju genetycznie modyfikowanych upraw. Uprawy te są zaprojektowane tak, aby miały większą wydajność, zużywały mniej składników odżywczych do wzrostu, wymagały mniejszej powierzchni lub mniejszej ilości chemikaliów (herbicydów i pestycydów). Naukowcy mogą nawet poprawić smak, wartości odżywcze, kolory i kształty.

Genetycznie zmodyfikowane bakterie pomagają w produkcji biopaliw z genetycznie zmodyfikowanych upraw. Biopaliwa zmniejszają skutki zanieczyszczenia paliwami kopalnymi. Cyjanobakterie pomagają nam w produkcji biodegradowalnych tworzyw sztucznych, a inne mikroorganizmy GM rozkładają nasze odpady. Modyfikacja genetyczna jest silnie związana z naszą ekologią i przyszłością.

I zużywamy mniej zasobów Ziemi, gdy nasz inwentarz rośnie szybciej. Kiedy bydło rośnie do pełnego rozmiaru w ciągu jednego roku, a nie dwóch lub trzech, to jest dwa lata z każdego zwierzęcia śladu węglowego. Kiedy geny bydła są modyfikowane w celu zwalczania chorób, nasze mleko i mięso zawiera mniej pozostałości antybiotyków i hormonów. Inżynieria genetyczna oznacza mniejszą presję, aby przekształcić ważne, zanikające naturalne ekosystemy w fabryki produkujące żywność.

Konsekwencje

Konsekwencje opierają się głównie na braku długoterminowych badań nad skutkami inżynierii genetycznej, zarówno dla organizmu, jak i dla organizmów, które go jedzą. Może nawet tych, które żyją obok niego. Podobnie jak w przypadku wszystkich nowych, ale potencjalnie szkodliwych technologii, po prostu nie mamy wystarczającej ilości danych.

Innym czynnikiem jest to, że chociaż rozszyfrowaliśmy ludzki genom, nie wiemy wszystkiego, czego potrzebujemy o każdej funkcji w ludzkim ciele. Na przykład, mikrobiom jelitowy jest całkiem niedawnym gorącym tematem. Naukowcy akceptują obecnie fakt, że bakterie w jelitach bezpośrednio wpływają na mózg – co jeszcze dziesięć lat temu rzadko miało miejsce. Ale jak dokładnie neuroprzekaźniki mózgu oddziałują z substancjami chemicznymi w przewodzie pokarmowym, nadal pozostaje tajemnicą. Przykłady takie jak ten oznaczają, że wielu ludzi argumentuje, że nie powinniśmy próbować naprawiać czegoś, jeśli nie wiemy dokładnie, jak to działa, wiemy, jakie będą długoterminowe skutki, lub wiemy, czy to jest rzeczywiście zepsute w pierwszej kolejności.

Są też inne przeszkody, oczywiście. Zanim dowiemy się, czy inżynieria genetyczna może bezpiecznie wyeliminować śmiertelne zaburzenie na zawsze, musimy dowiedzieć się, czy słuszne jest zmienianie DNA embrionów, pozwalanie im rosnąć i rodzić się, a następnie badanie ich życia od narodzin do starości (a może także ich dzieci i wnuków), abyśmy mogli zapewnić, że nowe lekarstwo jest bezpieczne.

Bibliografia