Hvernig eru gen flutt milli lífvera, óháð skyldleika þeirra, samanber erfðabreytt matvæli?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvernig eru gen flutt milli lífvera, óháð skyldleika þeirra, samanber erfðabreytt matvæli?
Við flutning erfðaefnis milli tegunda notfæra menn sér oftast nær svonefndar genaferjur, en það eru annað hvort litlar hringlaga, tvíþátta DNA-sameindir sem nefnast plasmíð eða veirur sem hafa DNA fyrir erfðaefni.

Plasmíð fyrirfinnast í flestum bakteríum og eru af ýmsum stærðum og gerðum. Þau eftirmyndast sjálfstætt í umfrymi baktería og koma sum þeirra fyrir í mörgum eintökum í bakteríufrumunum. Það eru þó einungis lítil plasmíð sem henta til genaferjunar. Dæmigerð ferjunarplasmíð hafa sjálf aðeins tvö gen en við genaferjun er skotið inn í þau DNA-bútum sem geta borið fleiri gen. Þessir bútar geta verið úr hvaða lífverutegund sem er. Þessi fyrstu skref genaferjunar fara fram í tilraunaglasi en því næst er plasmíðið með ferjuðu geni flutt inn í bakteríufrumu þar sem það getur margfaldast. Ferjaða genið fjölfaldast með plasmíðinu og er þá sagt að það hafi verið einræktað eða klónað.

Við innlimun gena í genaferjur nota menn svonefnd skerðiensím en það eru ensím sem bera kennsl á ákveðnar kirnaraðir í DNA-sameindum, oftast 4 eða 6 kirnapör, og klippa DNA keðjurnar í sundur innan þessara raða. Þessar raðir, kenniset skerðiensímanna, koma fyrir með fyrirsjáanlegri tíðni í erfðaefni allra lífvera. Mörg skerðiensím klippa kennisetin á misvíxl þannig að einþátta DNA endar koma fram. Þessir endar hafa tilhneigingu til að tengjast aftur með veikum efnatengjum og með hjálp sérstaks tengiensíms má innsigla tengin þannig að stöðugur hringur myndast á ný.

Þegar ferja skal gen er einfaldast að nota plasmíð (eða veiru) sem hefur stakt kenniset fyrir eitthvert hentugt skerðiensím. Plasmíðið er meðhöndlað með skerðiensíminu sem klippir það þannig að plasmíðhringurinn opnast og línuleg sameind með einþátta enda kemur fram. Jafnframt er DNA úr litningum tegundarinnar, sem ferja skal gen úr, klippt með sama ensími. Þá fást bútar sem hafa sams konar einþátta enda og opna plasmíðið. Loks er blandað saman plasmíði og bútum og tengiensímið góða haft með í blöndunni. Þá geta endar plasmíðsins tengst við DNA búta og með hjálp ensímsins verða bútarnir hluti af plasmíðhringnum. Síðan tekur við fjölföldun í bakteríufrumum.

Fyrstu tilraunir til þess að ferja gen á plasmíðum voru gerðar á árunum 1983-1984 undir forystu bandarísku erfðafræðinganna Herberts Boyer og Stanleys Cohen. Árið 1984 lýstu þeir í fyrsta sinn ferjun gena milli fjarskyldra tegunda. Þeir höfðu ferjað gen úr froski inn í bakteríuna Escherichia coli. Ekki leið á löngu áður en aðferðir þeirra voru notaðar á rannsóknarstofum um allan heim. Nýjar og hentugri genaferjur voru útbúnar, fjöldi skeðiensíma með mismunandi sérvirkni var einangraður og aðferðir til að finna og greina gen voru bættar. Einna mestu máli skipti þó að menn fundu upp aðferðir til að raðgreina DNA-sameindir, það er að segja að ákvarða kirnaröð þeirra til fulls.

Þannig varð á stuttum tíma til safn öflugra aðferða til þess að fást við rannsóknir á sjálfu erfðaefninu. Þessar aðferðir voru miklu beinskeyttari en hinar gömlu aðferðir erfðafræðinnar. Það eru þessar nýju aðferðir sem einu nafni eru nefndar erfðatækni. Orðið líftækni hefur víðari skírskotun en vissulega eru aðferðir erfðatækninnar mikill og afar mikilvægur hluti nútíma líftækni.

Í fyrstu voru bakteríur nær eingöngu notaðar sem hýslar fyrir ferjuð gen, sérstaklega Escherichia coli. Útbúnar voru genaferjur sem hentuðu sérstaklega til tjáningar á genum úr fjarskyldum tegundum, svonefndar tjáningarferjur. Fljótlega tókst mönnum að framleiða ýmis prótín dýra og manna í bakteríum, til dæmis vaxtarhormón og insúlín.

En brátt komu menn sér líka upp genaferjum sem hentuðu fyrir heilkjarnafrumur. Einna fyrstar þeirra voru ferjur fyrir sveppi. Gersveppir, sem eru einfrumungar, hafa mikið verið notaðir í ferjunartilraunum og eru oft æskilegri en bakteríur þegar um ferjun á genum heilkjörnunga er að ræða. En menn hafa einnig ferjað gen inn í frumur manna, dýra og plantna. Það eru einmitt slíkar ferjanir sem mest hafa verið til umræðu að undanförnu.

Talsvert hefur verið gert af því að ferja gen inn í plöntufrumur í kynbótaskyni, til dæmis til þess að gera þær ónæmar fyrir áhrifum illgresiseyðandi efna, til að auka þol þeirra gegn sjúkdómum eða auka næringargildi þeirra. Í kynbótatilraunum hefur oft verið notast við sérstakt plasmíð sem á heima í bakteríunni Agrobacterium tumefaciens. Þessi baktería á það til að sýkja plöntur og valda nokkurs konar æxlisvexti. Hluti af plasmíðsameindinni, svonefnt T-DNA, smeygir sér þá gjarna inn í frumur plöntunnar, ratar alla leið inn í kjarna þeirra og skýtur sér inn í erfðaefni plöntulitninga. Þar stuðla gen T-DNA-bútsins að framleiðslu á efnasamböndum sem bakterían ein getur notfært sér.

Þetta snjalla herbragð bakteríunnar hafa erfðafræðingar nýtt sér á þann hátt að geni, sem ferja á inn í plöntufrumu, er komið fyrir innan T-DNA-bútsins jafnframt því sem helstu gen hans er gerð óvirk og komið í veg fyrir æxlisvöxt. Farþegagenið flyst á T-DNA-bútnum inn í plöntufrumur og innlimast með því í plöntulitning. Þannig fást erfðabreyttar plöntufrumur og - eftir nauðsynlegar æxlunartilraunir - plöntur sem eru arfhreinar um genið.

Þegar talað er um erfðabreyttar plöntur er átt við plöntur sem eitt eða örfá gen hafa verið ferjuð inn í með þessum eða öðrum hætti. Sjálf hefur plantan tugi þúsunda gena fyrir. Ferjunaraðferðirnar eru mjög markvissar. Menn vita nákvæmlega hvaða gen eru ferjuð, hverjar prótínafurðir þeirra eru og hvaða hlutverki þær gegna. Aðferðir hefðbundinna kynbóta eru miklum mun ómarkvissari og minna er vitað um afleiðingar þeirra fyrir frumustarfsemi.

Samt óttast margir aðferðir og afurðir erfðatækninnar þótt þeir hafi ekkert við hefðbundnar kynbætur að athuga. Líklega er það flutningur erfðaefnis milli tegunda sem mönnum stendur helst stuggur af. Á hinn bóginn eru allar lífverur af sömu rót runnar og frumustarfsemi þeirra allra býsna lík í meginatriðum. Gen úr bakteríu eða dýri þarf því ekki að stinga neitt í stúf við erfðaefni plöntu. Reyndar er það að koma æ betur í ljós að flutningur á erfðaefni milli tegunda getur farið fram í náttúrunni. Sérstaklega á þetta við um bakteríutegundir en meðal þeirra er slíkur flutningur nokkuð algengur.

Á síðari árum hafa ýmsar genaferjur verið útbúnar til þess að ferja einstök gen í lækningaskyni inn í líkamsfrumur manna. Genin eiga að bæta upp erfðaágalla sem stafa af meinvirkum stökkbreytingum í þekktum genum. Genaferjurnar eru yfirleitt veirur og þess er gætt að þær séu ekki skaðlegar fyrir frumur líkamans. Ferjuðu genin eiga að starfa í hýsilfrumunum án þess að innlimast í litninga þeirra. Þau erfast ekki til næstu kynslóðar. Genalækningar sem þessar eru enn skammt á veg komnar enda hafa mörg ljón verið á veginum. Varla þarf þó að efast um að þessar aðferðir eiga eftir að bera árangur þegar fram líða stundir.

Aðferðir erfðatækninnar, sem áttu upphaf sitt í ferjun gena, hafa valdið byltingu á næstum öllum sviðum líffræðirannsókna. Eitt af því sem hefur gerst á síðustu árum er að heil erfðamengi fjölmargra tegunda hafa verið raðgreind og skammt er í það að lokið verður við raðgreiningu á erfðamengi mannsins. Hið mikla viðfangsefni næstu áratuga verður að skilgreina til fulls hlutverk einstakra gena og prótínafurða þeirra. Enn fremur og ekki síður að komast til botns í stjórn gena á þroskunarferli manna, dýra og plantna úr okfrumu í fullvaxta einstakling.

Rannsóknarævintýrinu sem hófst fyrir rösklega aldarfjórðungi er langt frá því að vera lokið....