wykład 3 10.03.2006 Biotechnologia roślin
Biotechnologia – wykorzystanie organizmów żywych dla potrzeb człowieka (np. produkcji)
Thomas Farchild (Anglia XIX w.)
kwiat – hybryda - podstawa dla większości roślin znanych z ogrodów botanicznych (np. tulipany)
krzyżował swoja odmianę dzikiej rośliny dla pochodnych – ozdobnych roślin
Luther Burbank (pocz XX w)
pionier eksperymentów genetycznych – świadomie krzyżował różne odmiany genetyczne roślin wykorzystywanych w rolnictwie (śliwki, jagody, ziemniaki, brzoskwinie, prunes – śliwki na śliwowicę)
Już starożytni krzyżowali gatunki, żeby mieć jak najwięcej żywności – np. poszukując roślin, które produkują więcej ziarna
Teozynta (teosinte) – dzika kukurydza – dużo mniejsza niż współczesna, otrzymana w wyniku
Krzyżowanie tradycyjne a inżynieria genetyczna:
Krzyżowanie tradycyjne – przy wprowadzaniu pożądanego genu przekazywany jest też szereg genów towarzyszących
Biotechnologia roślin – tak jak w tradycyjnej następuje przekazywanie genu, ale jest on wyizolowany i tylko ten gen jest wbudowywany w DNA biorcy; nie wprowadzamy genów towarzyszących; nowa odmiana posiada tylko 1 nowy gen.
W tradycyjny sposób zyskujemy więcej pomyłek, szkód
Biotechnologia roślin – proces bardzo precyzyjny, w którym przy technikach inżynierii genetycznej uzyskujemy nowe odmiany roślin
Definicje pokazują znikome różnice, a jeśli już takie wskazują są one na korzyść biotechnologii w porównaniu z tradycyjnym krzyżowaniem
Produkty biotechnologiczne na rynku:
Ziemniaki, papaja, pomidory, słodka kukurydza, buraki cukrowe, squash (odmiana modyfikowana dyni), soja (62% światowego rynku biotechnologicznego 2005), bawełna (12%), kukurydza (21%), kanola (5%, roślina paszowa)
4 kraje mają 99% światowego udziału w roślinnej produkcji biotechnologicznej: USA (66%), Kanada (6%), Argentyna (23%), Chiny (4%)
w Polsce głównie rzepak – olej rzepakowy dla przemysłu spożywczego i samochodowego
Zalety żywności biotechnologicznej – więcej jedzenia, lepsze jedzenie, lepsze dla środowiska naturalnego (mniej pestycydów, które są niezdrowe i drogie, więc też zysk ekonomiczny)
Rośliny BT(geny z Bacillus thuringiensis):
kartofle BT – oporność na stonki
Kukurydza BT - $125 mln zysku w pierwszym roku stosowania zamiast tradycyjnych roślin
Bawełna - BT $102 mln dodatkowego wpływu
Soja - $1bilion
Pomarańcze odporne na raka pomarańczy
Słodkie kartofle oporne na choroby wirusowe
Banany oporne na choroby
Perspektywy – rozwój w krajach rozwijających się i coraz szerzej wprowadzane w rozwiniętych
Przy spodziewanym wzroście populacji (głównie Azji i Afryki) potrzeba dużo więcej żywności
Wirusy
zastosowanie - bakteriofagi biorące udział w transdukcji, mapowaniu genetycznym
ilość bakterii na ziemi 1030
bakterie mogą być nieszkodliwe, ale i chorobotwórcze à antybiotyki - w 1954r wyprodukowano w USA (najwiekszy producent antybiotykow)600 ton antybiotyków, w 2003r. - 15000 ton
antybiotyki dostają się do środowiska
nadużywanie antybiotyków (często bierzemy antybiotyki na choroby wirusowe – bez sensu)
prowadzi to do powstania bakterii opornych na antybiotyki
E coli - do lat 90tych nie stwierdzano opornych na antybiotyki, w latach 1990-93 już 23% było opornych na antybiotyki
Ok. 2 mln ludzi w USA umiera rocznie w wyniku chorób wywołanych przez bakterie oporne na antybiotyki
1896 – odkryto zdolności antybakteryjne (zostającą po filtrowaniu, znikającą po gotowaniu) wód Gangesu
Twort – lekarz pracujący w Indiach na wodzie z Gangesu, opracował metody hodowli wirusów (na żółtku z jajka), odkrywca bakteriofagów
Felix D’Herelle – wytwarzał whisky z syropu klonowego, trunki z bananów, właściciel fabryki czekolady, poszukiwacz złota, odkrył biegunkę szarańczy (spowodowana przez wirusy atakujące bakterie trawiące celulozę w jelitach szarańczy), wymyślił nazwę „bakteriofag”, jego książka o fagach „Bacteriophage”
Bakteriofag – wewnątrzkomórkowy pasożyt bakterii zdolny do reprodukcji, ale pozbawiony własnego metabolizmu
nie mogą syntetyzować związków drobnocząsteczkowych, pobierać ani syntetyzować energii
genom faga – zawiera informacje o enzymach czynnych w replikacji jego kwasów nukleinowych i informacje o strukturze własnych białek
cechy: swoistość względem gospodarza – gatunku, ale też np. specyficzne co do typu płciowego bakterii; pola receptorowe rozpoznawane przez bakteriofaga na powierzchni LPSu na powierzchni błony zewnętrznej bakterii (LPS + białka OMP)
komórki bakteryjne bronią się przed wirusami/wnikającym DNA – system RM (restrykcja i modyfikacja) – enzymy restrykcyjne i metylacja DNA (DNA własne nierozpoznawalne przez enzymy restrykcyjne)
zmiana swoistości faga co do gospodarza poprzez mutacje – zmiana receptorów fagowych lub zdolności adsorpcji
[Na zmienionych receptorach – przełamuje barierę oporności bakterii
Lizogenia tym samym lub spokrewnionym fagiem] à to chyba spisane ze slajdu ale nie wiem o co chodzi, coś o zmianie swoistości i atakowaniu bakterii przez fagi
Liczba fagów na ziemi 1031 (10 razy więcej niż bakterii)
Różne formy „morfologiczne” fagów – rożne stopnie złożoności
Główka otoczona otoczką białkową, płaszcze białkowe, ogonek przez który bakteriofag wstrzykuje DNA do bakterii
W środku faga – DNA lub RNA
Fazy cykl życiowego: wegetatywna – wewnątrz komórki
spoczynkowa – w formie wirionu
cykl lityczny / lizogenny
po dostaniu się do komórki – autokataliza - od razu powstaje natychmiast wiele 60-70 cząsteczek DNA fagowego (głównie w cyklu litycznym)
- heterokataliza - wzorzec dla białek
na 80 cząsteczek DNA fagowego powstaje 20 fagów (proces nie jest w 100% wydajny)
Zastosowanie w biotechnologii:
Terapia fagowa – żeby zastąpić antybiotyki (w paru przypadkach się udało)
Bruynoyhe & Marsin - pierwsze udane próby - 1921 wyleczenie wywołanych przez gronkowca choroby skóry
D’Helelle – leczył różne choroby fagami (czerwonkę, cholerę, dżumę, tyfus, infekcje skórne, choroby zwierzęce)
kiedyś w Polsce leczenie zakażeń Shigella
W Gruzji od 1920 bakteriofagami sterylizuje się pomieszczenia operacyjne (dużo lepsze niż antybiotykami, bo nie prowadzi do powstawania bakterii antybiotykoopornych), także leczenie zakażeń powierzchniowych i pooparzeniowych
W Polsce zastosowanie bakteriofagów do sterylizacji głównie we Wrocławiu. Leczenie chorób:
czerwonka, biegunka, zakażenie krwi, zapalenie opon mózgowych, owrzodzenia i zakażenia bakteryjne skóry, infekcje pooperacyjne, oparzenia
MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus) – poważne infekcje szpitalne; udało się wyizolować faga (Wielka Brytania); są opatrunki fagowe przeciw MRSA
Mann - jako pierwszy wykazał...
morcys1