5. Klonovani a genove inzenyrstvi
Transkript
5. Klonovani a genove inzenyrstvi
Klonování a genové inženýrství KBC/BAM Ivo Frébort Klonování a genetické modifikace Sci-fi Skutečnost Dolly the Sheep Genetické modifikace a baktérií a kvasinek Běžná praxe Nadexprese proteinů Velkoobjemové buněčné kultury - fermentory Využití bakteriálních a kvasinkových expresních systémů Biotech chymosin • Enzym používaný pro srážení mléka při výrobě sýrů • Dříve izolován z telat • Nyní kvasinkový gen transformovaný do baktérie bST (bovine somatotropin) • Hormon zvyšující u krav produkci mléka • Dříve pracně izolován z hypofýzy krav • Gen z krávy naklonován do baktérie • Přidává se do krmiva Source: Rent Mother Nature Lidský insulin (Humulin®) • insulin – polypeptid (51 ak) • inzulín pro léčbu diabetiků byl extrahován z pankreatu prasat • prasečí insulin se liší pouze dvěmi aminokyselinami • někteří diabetici však produkovali protilátky proti živočišnému insulinu • lidský insulin se začal syntetizovat uměle (drahé) • 1982 poprvé připraven pomocí rDNA technologie • od devadesatých let se produkuje ve velkém a levně lidský insulin pomocí transgenních kvasinek (Humulin®) Výroba farmaceutik a očkovacích látek Genetické modifikace a klonování zvířat Počáteční pokusy Klonování savců – transplantace jádra Dolly (15.6. 1996 - 13.2. 2003) Dolly a její náhradní matka Dolly a její „otec“ Ian Wilmut Dolly s prvorozeným jehnětem Bonnie (13.4.1998) Klonování savců – malá úspěšnost, problémy • Velmi malá klonovací úspěšnost, většinou pod 1% • Vysoká úmrtnost čerstvě narozených klonů • Časté fyzické deformace, selhání imunity • Artritida, srdeční arytmie, respirační problémy • Problém se stářím klonů - telomery Využití transgenních zvířat • Bioreaktory - domácí zvířata produkující mléko, do kterého je vylučován produkt transgenu – Terapeutické proteiny - inzulín, erytropoetin atd. – Pavoučí protein (kozy fy NEXIA) – neprůstřelné vesty • Produkce „zdravých“ zvířat – produkce drůbeže s masem, které má nižší obsah tuku – produkce vajec se sníženým obsahem cholesterolu • Zvyšování nemocem odolnosti hospodářských zvířat proti • Xenotransplantace – prasata imunokompatibilní s člověkem Zakázkové klonování domácích mazlíčků (2004-2006) genetický dárce cena za jeden klon: 32 000 $ cena za uložení buněk z mrtvého či živého zvířete do banky : 850 $ gizmo klony malý gizmo tahini nicky baba nanusch a tabouli malý nicky Glofish, první geneticky modifikovaný živočich, který se prodává jako domácí zvíře http://www.glofish.com/ Geneticky modifikovaný losos • Geny pro chladovou toleranci • Přijímá potravu i v chladném období • Roste rychleji Aqua Bounty Technologies (USA) Konzervační biologie • Klonování ohrožených druhů • Antilopa bongo, malajský gaur • Tasmánský tygr (vyhuben 1930) • Mamut ? • Dinosauři – sci-fi - DNA degradovaná • Reprodukční problémy klonu Genetické modifikace a klonování rostlin Velký rozvoj Šlechtění kulturních plodin Zemědělské plodiny jsou výsledkem zásahů do genetické informace trvajících více než 10 000 let + Triticum urartu (2n = 2x = 14; AA) + Ae. speltoides 2ń = 2x = 14;BB + H. chilense 2n = 2x = 14 = Ae. squorrosa 2ń = 2x = 14; DD = H. spontaneum 2n = 2x = 14 Transformace pomocí Agrobacterium tumefaciens - Půdní baktérie, vyvolává tvorbu nádorů u rostlin - Přenáší do genomu rostliny část plasmidu Ti plasmid Příprava transgenních rostlin Genové dělo Nastřelování DNA do buněk pomocí zlatého prachu Využití genetických modifikací rostlin • Zvyšování výnosů (boj s plevelem, odolnost proti škůdcům) • Obohacená krmiva pro dobytek (lysin) • Potraviny obsahující vitamíny • Jedlé vakcíny (rozvojové země, brambor, banán – hepatitida B, cholera) • Fytoremediace půdy (odstraňování těžkých kovů) • Molekulární farmaření (výroba léčiv – protilátky, terapeutika, bioplasty) • Umlčování genů (oddálení dozrávání, rajče, květiny) Odolnost rostlin k herbicidům - Roundup Gen pro rozklad glyfosátu Sója odolná vůči herbicidům Více než 50% ploch na světě oseto RR sójou Kukuřice - rozmach škůdců Vyvolávají druhotné napadení plísněmi - mykotoxiny Bt- kukuřice - odolná vůči hmyzím škůdcům - Široce rozšířena v USA (90%) - Je povolena k pěstování v EU Bacillus thuringiensis - d-endotoxin - Specifický účinek na určitou čeleď hmyzu - Používá se jako ekologický insekticid od 1940 - Člověku neškodí ani dávka ze 2 hektarů Rizika vzniku rezistentních škůdců • Rezistence je dědičná • Založena recesivně • Musí se udržovat pole, kde škůdci nejsou vystaveni selekčnímu tlaku • Křížením vzniknou heterozygoti, kteří jsou na Bt citliví Rezistence vzniká na všechny pesticidy, nejen na GMO!!! Boj s podvýživou – „zlatá rýže“ • Avitaminóza A u konzumentů loupané rýže (JV Asie) • Ročně oslepne 200 tisíc dětí • Rýže obsahující β-karoten • Je zapotřebí obohatit stravu i o tuky High laurate canola 1996 – Brassica napus transformována acyl-ACP-thiolesterasou pod specifickým promoterem s cílením do semen zvýšený obsah nenasycené kyseliny laurové na úkor olejové a linoleové myristová palmitová olejová linolová linoleová laurová další 4% 3% 31% 11% 7% 38% 6% 0.02% původně využití: výroba mýdel a šampónů výroba čokolády výroba rostlinných sýrů light smetana Obohacení krmiv - změna obsahu zásobních proteinů (obiloviny a luštěniny) A) zvýšení syntézy nedostatkových AK bakteriální mutovaný gen pro DIHYDROPIKOLINÁT SYNTHASU a ASPARTÁT KINASU, které nemají zpětnou inhibici nadbytkem produktu (Lys) transgenní rostliny 100x vyšší obsah lysinu a methioninu ten se ale nezabudovává v tak velké míře do zásobních proteinů. B) transgenoze genu pro zásobní protein zein -28% methioninu 2S-albumin z paraořechů – 18% methioninu Rozšíření GM/Biotech plodin v roce 2009 Pěstování Biotech/GM plodin v roce 2009 Nárůst produkce Biotech/GM plodin ve světě Poměr tradičních a GM plodin v roce 2009 sója bavlník kukuřice canola/řepka Hlavní druhy GMO schválené pro komerční využívaní na území ČR/EU • Řepka – povolen dovoz – tolerantní k herbicidu glufosinátu pro krmiva • Sója – povolen dovoz – tolerantní k herbicidu glyfosátu • Čekanka – povolen dovoz – částečně tolerantní k herbicidu glufosinátu s pylovou sterilitou • Karafiáty – povolen dovoz – se změněnou barvou květu – karafiáty s prodlouženou trvanlivostí • Kukuřice, povoleno pěstování, v ČR 8 tis. ha (2. místo v EU) – rezistentní vůči hmyzu (Bt-endotoxin) (Monsanto) • Brambory Amflora, povoleno pěstování , 150 ha – bez amylosy ve škrobu, průmyslové využití, krmivo (BASF) CENTRUM REGIONU HANÁ PRO BIOTECHNOLOGICKÝ A ZEMĚDĚLSKÝ VÝZKUM Tento projekt je spolufinancován Evropským fondem pro regionální rozvoj v rámci Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace a státním rozpočtem. O projektu OP Výzkum a vývoj pro inovace: CZ.1.05/2.1.00/01.0007 Příspěvek EU: 707 997 497 Kč Státní příspěvek: 124 940 735 Kč Doba realizace projektu: 1. března 2010 - 31. prosince 2013 Příjemce projektu: Univerzita Palackého v Olomouci Partneři projektu: Ústav experimentální botaniky AV ČR, v.v.i. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Rozšíření areálu Holice: 4 nové objekty VaV, dopravní a technická infrastruktura Vytvoření 170 pracovních míst ve VaV Vizualizace centra - 2013 Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin ÚEB AVČR Technologické centrum UP Centrum genetiky a molekulární biologie UP Centrum aplikovaného výzkumu zelenin a speciálních plodin VÚRV Předpokládané zahájení výstavby – leden 2011 Výzkumné programy centra Zahájení výzkumných programů – 1. 7. 2010 1. Proteinová biotechnologie 2. Chemická biologie a genetika 3. Nové materiály a metody šlechtění rostlin 4. Rostlinná biotechnologie 5. Fytofarma, genetické zdroje zelenin, léčivých, aromatických a kořeninových rostlin (od 1.1. 2013) Klíčoví pracovníci centra prof. RNDr. Ivo Frébort, CSc., Ph.D. • Ředitel centra prof. RNDr. Jozef Šamaj. DrSc. • Buněčná biologie • Biochemie a molekulární biologie • Člen Českého národního komitétu pro biochemii a molekulární biologii prof. Ing. Miroslav Strnad, DSc. PřF UP/ÚEB AV ČR, v. v. i. Růstové regulátory: topoliny a olomoucin Cena Města Olomouce 1998 prof. Mgr. Marek, Šebela, Dr. PřF UP Biochemie a proteomika Cena Učené společnosti ČR 2005 doc. Ing. Jaroslav Doležel, DrSc. ÚEB AV ČR, v. v. i. Vědecký ředitel centra Strukturní a funkční genomika Člen Učené společnosti ČR Ing. Karel Dušek, CSc. VÚRV, v. v. i. Genová banka zelenin a speciálních plodin Analýza obrovského genomu pšenice obsahujícího 17 miliard párů bazí Genom je rozdělen na 3 skupiny chromosomů 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 A Dědičná informace pšenice je uspořádaná ve 21 chromosomech B Analýza genomu je zjednodušena sekvenováním jednotlivých chromosomů izolovaných průtokovou cytometrií D Vlajky zemí, které k mapování genomu pšenice využívají DNA získanou z příslušných chromosomů. Projekt sekvenování genomu pšenice je koordinován Mezinárodním konsorciem (International Wheat Genome Sequencing Consortium). Analýza jednotlivých chromozómů je rozdělena mezi členy konsorcia. Ústav experimentální botaniky AV ČR, v. v. i. Transgenní ječmen s upravenou hladinou rostlinných hormonů Genetickým umlčením aktivity enzymů odbourávající hormony, lze zvýšit koncentraci hormonů ve specifických oblastech zrna a přímo zvyšovat výnos Větší kořenový systém se vyvine specifickou nadprodukcí enzymu degradující rostlinné hormony Genetická modifikace Claviceps purpurea za účelem zvýšení produkce námelových alkaloidů Cílená genová manipulace parazitické houby, hojně využívané ve farmaceutickém průmyslu, s možností snížení nákladů na výrobu léčiv díky nadprodukci aktivních látek Kontaktní informace Centrum regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum Šlechtitelů 813/21 783 71, Olomouc – Holice telefon: +420 585 634 970, +420 585 634 971, +420 585 634 979 email: [email protected] Webové stránky: www.cr-hana.eu Hanácky biotechnológie só naše ževobetí …