Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje...
Transcript of Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje...
![Page 1: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/1.jpg)
Genové inženýrstvía
Geneticky modifikovanéorganizmy
![Page 2: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/2.jpg)
Definice GMO biologická
Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichžgenetický základ byl úmysln pozm n vnesením i
vyjmutím n jakého genu (gen ).
Definice GMO legislativní
GMO je organizmus, krom lov ka, jehoždi ný materiál byl zm n genetickou
modifikací.
![Page 3: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/3.jpg)
Genetická modifikace = každá zm na DNA
irozená um lá
Genetické modifikace vyvolané:
- zá ením- šlecht ním- k ížením
vedou ke vzniku odr d, plemen,kultivar apod.
- p ímou a zám rnou manipulací s DNA
vedou ke vzniku GMO
![Page 4: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/4.jpg)
Genové inženýrství (GI)Genové inženýrství (GI)
= techniky vedoucí k um lé tvorb geneticky pozm nýchbun k nebo celých organizm zásahem do jejich DNA
výsledkem
vznik nových modifikovaných genom , transgenníchorganizm , které by se za normálních okolností
v p írod nemohly vyskytnout
![Page 5: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/5.jpg)
CílemCílem jsou v podstat dva procesy:
- vložení cizího DNA segmentu (genu, konstruktu) doDNA p íjemce
- vy azení nežádoucího genu z funkce, tzv. genovýknock-out
![Page 6: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/6.jpg)
Techniky GITechniky GI
- identifikace a izolace gen ,získání genového konstruktu
- volba p íjemce pro p enosgenového konstruktu
- volba metody pro p enosgenového konstruktu
![Page 7: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/7.jpg)
KonstrukceKonstrukce transgenutransgenu
- modifikace izolovaného genu
podmínka pro úsp šnou integraci a expresi genu
Sekvence promotoru - idána k transgenu z d vodu správnéexprese genu (tzn. p eklad do proteinového
produktu)
Termina ní sekvence - signalizuje bu ce zakon ení sekvence genu
Marker gen - p idán z d vodu identifikace úsp šného v len nítransgenu
![Page 8: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/8.jpg)
TvorbaTvorba rekombinantnírekombinantní DNA (DNA (rDNArDNA))
rDNA je um levytvo ená DNA.DNA z n kolika
zdroj je v len nado jedné
rekombinantnímolekuly DNA.
![Page 9: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/9.jpg)
Namnožení molekuly DNANamnožení molekuly DNA
získání identických kopií cílového transgenu nebo rDNA
Molekulární klonování
Molekulární klonování in vitro- procesem polymerázové et zové reakce (PCR)
Molekulární klonování in vivo- pomocí prokaryot (bakterie, nap . E. coli),- pomocí eukaryot (kvasinky),- pomocí bun k savc rostoucích v tká ových kulturách.
![Page 10: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/10.jpg)
PolymerázováPolymerázová et zová reakce (PCR)et zová reakce (PCR)
= enzymatické namnožení (amplifikace) DNAsyntézou mnoha kopiií vybrané sekvence DNA
- cyklická reakce o t ech teplotních fázích:
Denaturace: dvouvláknová DNA denaturována na dvjednovláknové templátové molekuly DNA
Annealing: nasedání oligonukleotidových sond (primer )na obou stranách cílové DNA
Elongace: syntéza nových vláken pomocí termostabilníDNA polymerázy od 5´konce ke 3´konciza ínající od primer
Molekulární klonování in vitroMolekulární klonování in vitro
![Page 11: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/11.jpg)
Schéma PCRSchéma PCR
v každém cyklu se množstvíDNA zdvojnásobí
exponenciální amplifikace
z každé molekuly p vodníhotemplátu bude vytvo eno 2n
kopií, kde n je po et cykl
30 cykl = 1010 násobnénamnožení DNA
![Page 12: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/12.jpg)
Molekulární klonování inMolekulární klonování in vivovivo
vektor = molekula, která obsahuje všechny sekvencepot ebné ke vstupu, p ežití a množení v ur itéhostitelské bu ce
klonovací vektor = slouží nejen k p enesení do bu ky,ale i k zajišt ní jejího klonování v bu ce
(plazmidy, fasmidy, kosmidy, bakteriofágy…)
= namnožení ur itých fragment DNA pomocí vektor
![Page 13: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/13.jpg)
Klonování DNA pomocí bakteriálníhoKlonování DNA pomocí bakteriálního plazmiduplazmidu
![Page 14: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/14.jpg)
íprava GM rostliníprava GM rostlin
íprava GM živo ichíprava GM živo ich
![Page 15: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/15.jpg)
íprava GMO
=
logické pokra ování klasických zp sob šlecht ní
zrychlení a zjednodušení tradi ních postup
![Page 16: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/16.jpg)
Schéma tvorby GM rostlinSchéma tvorby GM rostlin
- výb r genu( ) pro dosažení požadované vlastnosti- izolace vhodného genu( ) a klonování genu v baktérii- úpravy genu( )- transformace genu( ) do genomu rostliny- selekce transformovaných rostlin- sledování projevu transgenu- testy v uzav ených prostorách laborato í a skleník- vyhodnocení biologické bezpe nosti- polní zkoušky transgenních rostlin- hodnocení biologické bezpe nosti- registra ní zkoušky GM odr dy
íprava GM rostliníprava GM rostlin
![Page 17: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/17.jpg)
Existuje ada metod, kterými je docílena transformacetransgenní DNA do rostlinných bun k.
Nej ast ji využívanými:
Metody transformaceMetody transformace transgenutransgenu
- transformaces využitím bakterií
- p ímá transformace
![Page 18: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/18.jpg)
PP ííprava GM rostlinprava GM rostlin s vyus využžititíím bakterim bakteriíí
![Page 19: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/19.jpg)
PP ííprava GM rostlin pprava GM rostlin p íímoumoutransformactransformacíí
![Page 20: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/20.jpg)
TransgenníTransgenní rýžerýže
„Zlatá“ rýže. Tato transgenní rýže obsahuje beta-karoten, který je zdrojemvitamínu A. Tato rýže pomáhá odstranit nedostatek vitamínu A u polovinysv tové populace – která je závislá na rýži jako hlavní potravin . Vsou asnosti trpí 70% d tí stá í do p ti let v jihovýchodní Asii nedostatkemvitamínu A. Jako vektor byl užit Ti plasmid.
„Normální“ rýže
![Page 21: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/21.jpg)
íprava GM zví atíprava GM zví at
Cílem p enosu genového konstruktu:
asné stadium vývinu embrya na úrovni 1 bu ky(zygoty) p ed splynutím prvojader
linie pluripotentních bun k
![Page 22: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/22.jpg)
íprava GM zví at metodouíprava GM zví at metodou mikroinjekcemikroinjekce
superovulace a oplození
izolace bun k (zygot)
mikroinjekce transgenu
transfer vají ekdo náhradnic
![Page 23: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/23.jpg)
Transformace embryonálních kmenovýchTransformace embryonálních kmenovýchbun kbun k
Výsledný jedinec jechimérou.
Testace potomstva naítomnost vloženého genu.
Pá ení heterozygotníchjedinc s cílem získat
homozygotní transgenní linii.
![Page 24: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/24.jpg)
KlonovKlonováánníí organizmorganizm
- technika používaná k vytvo ení identických organizm
Reproduk ní klonování- vytvo ení duplikátu( ) existujícího jedince
Terapeutické klonování- strategie bun né terapie
![Page 25: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/25.jpg)
Reproduk ní klonováníReproduk ní klonování
- dv techniky:
enos jádra zárode né bu ky
enos jádra somatické bu ky
![Page 26: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/26.jpg)
CíleCíle živo išného reproduk ního klonování:
- produkce hospodá ských zví at (zlepšení kvality zví ati jejich produkt )
- produkce GM laboratorních zví at (studium lidských chorob,testace nových lék )
- produkce GM hospodá ských zví at (produkce vysoceterapeutických protein )
- pokus záchrany ohrožených i vyhynulých druh
- zlepšení klonovaných domácích zví at
- produkce živo ich vhodných pro xenotransplantace
![Page 27: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/27.jpg)
SchémaSchémaenosu jádraenosu jádra
zárode nézárode nébu kybu ky
![Page 28: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/28.jpg)
OvceOvce DollyDolly
- í 5. ervence 1996- Ü 14. února 2003 utracena z d vodu plicní infekce
jádro oocytu nahrazeno jádrem somatické bu kys dosp lé ovce
vytvo ena genetická kopie p vodní dosp lé dárkyn
- vyvinuta kolektivem vedeným Ianem Wilmutem(Roslin Institute, Skotsko) reproduk ním klonováním
⇓
![Page 29: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/29.jpg)
Vytvo ení ovceVytvo ení ovce DollyDolly
![Page 30: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/30.jpg)
TransgenníTransgenní myšmyš
V roce 1982 Ralph Brinster a RichardPalmiter vytvo ili „transgenní“ myši –do myších embryí byl vložen krysígen pro r stový hormon.
Myš, nesoucí tento cizí gen (na obr.vlevo) produkovala velké množství
stového hormonu a vyrostla dodvojnásobné velikosti ve srovnání sesvými sourozenci (vpravo)
Brinster, School of Veterinary Medicine, University ofPennsylvania
![Page 31: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/31.jpg)
Terapeutické klonováníTerapeutické klonování
- strategie bun né terapie
vodní genetický materiál kmenových bun knahrazen genetickým materiálem pacienta
- využívá schopnosti embryonálních kmenových bun kregenerovat orgány i tkán
spušt na jejich diferenciace ve specifické t lní bu ky
transplantace do místa poškozené tkánbez spušt ní imunitní reakce
- postup:
![Page 32: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/32.jpg)
SchémaSchématerapeutickéhoterapeutického
klonováníklonování
![Page 33: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/33.jpg)
Diagnostika GMO v potravinách
kvalitativní kvantitativní(pr kaz p ítomnosti GMO) (pr kaz množství GMO)
> 1% GMO v potravin⇒ povinnost jejího ozna ení
vyplývající ze zákona
PCRítomnost transgenníDNA v potravin
Imunochemické metodyELISA
ítomnost transgenníhoproteinu v potravin
Real-Time PCRna p ístroji Lightcycler
⇓
![Page 34: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/34.jpg)
Význam GMO• farmacie a medicína:
- výroba lé iv (inzulín, lidský r stový hormon, srážlivý faktor atd.)- studium chorob a vývoj lék
• zem lství zem lsko-potraviná ská odv tví:
- zlepšení technologických vlastností (odolnost herbicid m, houbovým avirovým chorobám, šk dc m, zvýšení nutri ní hodnoty)
- produkce farmaceuticky využitelných látek (obsah a kvalita lipida škrobu)
- pr myslové aplikace a zpracování surovin (produkce enzym propotraviná ský a papírenský pr mysl, produkce biodegradovatelnýchpolymer )
• pr mysl:- kvasný, textilní- výroba aminokyselin, bílkovin, škrobu
• životní prost edí:- likvidace ropných havárií a další ....
![Page 35: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/35.jpg)
íklady GMO - efekt• plodiny s rezistencí v i herbicid m (sója, epka, kuku ice, bavlník)• plodiny produkující bakteriální insekticidní toxiny (brambory,kuku ice)• plodiny s upraveným metabolismem cukru (brambory)• plodiny s prodlouženou trvanlivostí (raj ata)
• plodiny produkující biodegradabilní polyestery, bioocel• plodiny s upraveným pom rem látek (raj ata, epka)• bavlník s p írodn zabarveným vláknem• raj ata, cukrovka s vysokým obsahem fruktanu• eviny se sníženým obsahem ligninu pro výrobu papíru
• plodiny se zvýšenou odolností v i stresu chladem i suchem• plodiny se schopností asimilace vzdušného dusíku• rýže produkující betakaroten• peckoviny s odolností k viru šarky
• škodlivý hmyz enášející gen zp sobující neplodnost potomstva• živo ichové s rychlým r stem (losos)
![Page 36: Geneticky modifikované organizmy - med.muni.cz · Definice GMO biologická Pojem GMO zahrnuje takové organizmy, jejichž genetický základ byl úmysln pozm Q n vnesením þi vyjmutím](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020319/5cca809288c993b6028b6c11/html5/thumbnails/36.jpg)
Možnosti rizik GMO· zdraví lidí a zví at (toxicita a kvalita/bezpe nost potravin, alergie, rezistence
k lé iv m)
· životní prost edí (tvorba genu, transgenu nebo transgenních produkt ,náchylnost necílových organizm , rostoucí množství použitíchemikálií v zem lství, nep edpokládaná exprese genua nestabilita transgenu)
· zem lství (rezistence/tolerance cílových organizm , superplevele, zm nanutri ní hodnoty, snížení po tu odr d a ztráta biodiverzity)
· horizontální p enos gen (genetické zne išt ní pomocí pylu neborozptylováním semen, rozptylování transgennebo promotor , p enos cizorodých gen domikroorganizm nebo vznik nových virrekombinací)
· všeobecné rizika (ztráta p íslušnosti v systému, vyšší náklady v zem lství,neplánování polních pokus p i odhadu rizika)