Εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας στη γεωργία και την κτηνοτροφία Κεφάλαιο 9ο Εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας στη γεωργία και την κτηνοτροφία

Ελεγχόμενες διασταυρώσεις 2050: 8, 5 δις άνθρωποι ? Αυξημένες ανάγκες στα τροφή  Αύξηση φυτικής & ζωικής παραγωγής Βελτίωση παραγωγής με διασταυρώσεις φυτών / ζώων  Επιλογή φυτών / ζώων με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά (μεγάλο μέγεθος καρπών, ανθεκτικότητα σε ακραίες συνθήκες, μεγάλη παραγωγή γάλακτος – κρέατος) & Διασταύρωσή τους με σκοπό να γεννηθούν απόγονοι με επιθυμητά χαρακτηριστικά

Όμως… Ελεγχόμενες διασταυρώσεις: Χρονοβόρες Επίπονες Απαίτηση συνεχών διασταυρώσεων Απόκτηση ορισμένων από τους επιθυμητούς χαρακτήρες μαζί με μη επιθυμητούς

Έτσι: Γενετική Μηχανική: Δυνατότητα προσθήκης νέων γονιδίων στον οργανισμό Δημιουργία σε σύντομο χρονικό διάστημα… …γενετικά τροποποιημένων φυτών και ζώων με τους επιθυμητούς χαρακτήρες Διαγονιδιακά ή Γενετικά τροποποιημένα ζώα και φυτά: Αυτά που έχουν υποστεί αλλαγή με τη χρήση των τεχνικών Γενετικής Μηχανικής Προβληματισμοί σχετικά με παραγωγή και χρήση τους (υγεία ανθρώπου, περιβάλλον)

Γενετικά τροποποιημένες τομάτες

Meet Agrobacterium tumefaciens!

A. tumefaciens Ζει στο έδαφος Φυσική ικανότητα για μόλυνση φυτικών κυττάρων Μεταφορά σε φυτά ενός πλασμιδίου που λέγεται Ti (Tumor inducing factor) Ενσωμάτωση του Ti σε γενετικό υλικό φυτικών κυττάρων & Δημιουργία όγκων σε αυτά (βλ. προηγ. διαφάνεια)

Χρήση Γενετικής Μηχανικής Απομόνωση Ti Απενεργοποίηση των γονιδίων που δημιουργούν όγκους, με την τοποθέτηση του γονιδίου για μια επιθυμητή ιδιότητα στο Ti Εισαγωγή ανασυνδυασμένου Ti σε φυτικά κύτταρα  ειδικές καλλιέργειες (εργαστήριο) Νέος φυτικός οργανισμός από γενετικά τροποποιημένα κύτταρα, που περιέχει και εκφράζει το ξένο (επιθυμητό) γονίδιο Μεταβίβαση νέων ιδιοτήτων από αυτά τα φυτά σε απογόνους!

Δηλαδή…

Γενετικά τροποιημένα φυτά Αποτελεσματική προφύλαξη καλλιεργειών από έντομα – ζιζάνια Παραγωγή προϊόντων με μεγαλύτερη «διάρκεια» ζωής από χωράφι  καταναλωτή Κυριότερα: σόγια – καλαμπόκι – βαμβάκι – καπνός – ελαιοκράμβη [σοβαρός κίνδυνος στη γεωργία από έντομα – σημαντική μείωση παραγωγής – χρησιμοποίηση πολλών εντομοκτόνων  οικολογική καταστροφή, επιπτώσεις σε υγεία ανθρώπου  εναλλακτικοί τρόποι]

Σόγια

Ελαιοκράμβη

Meet Bacillus thuringiensis!

Μια πολύ ισχυρή τοξίνη! Bacillus thuringiensis: Ζει στο έδαφος Παραγωγή ισχυρής τοξίνης: καταστρέφει πολλά είδη σκωλήκων – 80.000 φορές πιο ισχυρή από πολλά εντομοκτόνα!!! Πολλαπλασιασμός τους στο εργαστήριο, μετά ψεκασμός στον αγρό  Δαπανηρή τεχνική (επιβιώνουν για λίγο τα βακτήρια – συνεχείς ψεκασμοί) έτσι… Απομόνωση γονιδίου τοξίνης Μεταφορά τους στα φυτά με τη βοήθεια του Ti (φυτά Bt – πρώτο φυτό: καλαμπόκι)

Τοξίνη του B. thuringiensis

Δράση τοξίνης

Διαγονιδιακά ζωά Ζώα στα οποία έχει τροποποιηθεί το γενετικό υλικό με την προσθήκη γονιδίων, συνήθως από άλλο είδος. Αρκετές μέθοδοι  Για είσοδο ξένου DNA στα κύτταρα ενός ζώου Σημαντικότερη: ΜΙΚΡΟΕΓΧΥΣΗ

Μικροέγχυση Χρησιμοποίηση ωαρίων ζώου που έχουν γονιμοποιηθεί στο εργαστήριο Εισαγωγή ξένου DNA με ειδική μικροβελόνα Ενσωμάτωση ξένου DNA σε κάποιο από τα χρωμ/τα του ζυγωτού Τοποθέτηση ζυγωτού στη μήτρα της «θετής» μητέρας (ζώο όπου θα αναπτυχθεί το έμβρυο) Διαγονιαδιακές αγελάδες, πρόβατα, χοίροι, αίγες…

Χρήσιμες φαρμακευτικές πρωτεΐνες… …παράγονται από διαγονιδιακά ζώα σε μεγάλη ποσότητα γιατί: Παραγωγή ινσουλίνης, ανθρώπινης αυξητικής ορμόνης κ.α. από βακτήρια Όμως, όχι ακριβώς οι ίδιες πρωτεΐνες (βακτήρια: μηχανισμοί τροποποίησης πρωτ. διαφορετικοί από ευκαρ. οργ.) Έτσι: Παραγωγή πρωτεϊνών από κύτταρα μαστικών αδένων π.χ. προβάτων – αγελάδων & Συλλογή πρωτεΐνης από γάλα ζώων  Παραγωγή φαρμακευτικών πρωτεϊνών από διαγονιδιακά ζώα (gene pharming)

Παραγωγή alpha anti–trypsin (AAT) από πρόβατα Απομόνωση φυσιολογικού γονιδίου ΑΑΤ του ανθρώπου Τοποθέτηση με μικροέγχυση σε γονιμοποιημένο ωάριο προβάτου Γέννηση της Tracy: Απόγονοί της με ξένο γονίδιο – παράγουν ΑΑΤ Παραλαβή ΑΑΤ από γάλα τέτοιων προβάτων

Άλλες πρωτεΐνες – Γενική πορεία Παράγοντας ΙΧ: πρωτεΐνη που συμμετέχει στο μηχανισμό πήξης του αίματος - Χορήγηση σε άτομα πάσχοντα από αιμορροφιλία Β Απομόνωση ανθρώπινου γονιδίου, που κωδικοποιεί τη φαρμακευτική πρωτεΐνη Μικροέγχυσή του στον πυρήνα γονιμοποιημένου ωαρίου ενός ζώου Τοποθέτηση του γενετικά τροποποιημένου ζυγωτού στη μήτρα ενήλικου ζώου Γέννηση διαγονιδιακού ζώου Διασταυρώσεις  τροποποιημένη γενετική πληροφορία σε απογόνους Παραγωγή, απομόνωση και καθαρισμός πρωτεΐνης

Πλεονεκτήματα Χρησιμοποίηση διαγονιδιακών φυτών και ζώων καλύτερη έναντι κλασικής μεθόδου: Επιλογή και προσθήκη μόνο επιθυμητών ιδιοτήτων, με ταυτόχρονη διατήρηση παλιών επιθυμητών χαρακτηριστικών Ταχύτατη παραγωγή βελτιωμένων φυτών και ζώων, σε σχέση με παραδοσιακές τεχνικές

Άλλα ζώα

Δημιουργία της Dolly 1997: Ινστιτούτο Roselin (Σκωτία)  Κλωνοποίηση προβάτου (Dolly) Τοποθέτηση πυρήνα ενός κυττάρου μαστικού αδένα 6χρονου προβάτου στο ωάριο ενός άλλου (θηλυκού) προβάτου (μικροέγχυση) Προηγούμενη αφαίρεση πυρήνα από ωάριο Δημιουργία εμβρύου Μετά από 3 – 4 διαιρέσεις: Εμφύτευση στη μήτρα θετής μητέρας – προβατίνας Et voila!!! Γέννηση της Dolly

«Ζωή» αντί για «Ντόλυ»

Αλλά… Καμία έκπληξη σε βιολόγους – Αντίστοιχα είχε προηγηθεί κλωνοποίηση αμφιβίων (sixties) Παρόμοια τεχνική για θηλαστικά Πάντως, κλωνοποίηση πολύ χρήσιμη για πολλαπλασιασμό διαγονιδιακών ζώων Π.χ. 1 -2 εκατ. ευρώ για δημιουργία αντίστοιχου ζώου που παράγει ανθρώπινο παράγοντα πήξης του αίματος  Πολλά πανομοιότυπα ζώα  Μεγαλύτερες ποσότητες φαρμάκου Επίσης, συνεισφορά στην προστασία από εξαφάνιση απειλούμενων ζώων (πυρήνες από κατεψυγμένα κύτταρα  απύρηνα ωοκύτταρα του είδους + κυοφορία σε ίδιο ή συγγ. είδος)