Geenitehnoloogia (3)

Geenitehnoloogia
Geenitehnoloogia seisneb DNA valitud lõikude eraldamises, töötlemises in vitro ja siirdamises sama või muu liigi isendi geneetilisse struktuuri-kromossomi, plasmiidi või viirusesse.
Geenitehnoloogia tekke lähtekohaks oli rekombinantse DNA metoodika loomine. Rekombinantseks DNA-ks nim. DNA molekuli, milles on ühendatud eri liikidelt pärit DNA- fragmendid . Selle metoodika loomise eeldusteks oli omakorda restrikatsiooniensüümide ehk restriktaaside avastamine bakterite 1970. aastal. Need on omapärased ensüümid, mis lõikavad DNA molekuli kaksikahelat kindlate järjestuste kohalt.
Transgeensed organismid
Tavakasutuses on pealkirjas toodud mõiste asemel levinud lihtsustatud väljend-geneetiliselt muundatud organismid, lühendiga GMO. Enamasti mõistetakse selle all transgeenseid organisme, seega organisme, kelle genoomi on siiratud mõne võõrliigi geene, mis neis organismides avalduvad ja järglastele päranduvad. Neil organismidel ilmneb mingi uus, mõnele teisele liigile omane tunnus.
Kuid on ka teist tüüpi GM-organisme. Nende muundamine on oma olemuselt transgeneesile vastupidine . Neil rikutakse mingi kindla geeni struktuur suunatud mutatsiooni abil ära. Sellega kaotatakse tema funktsioon. Kuna muutus toimub DNA struktuuris, siis pärandub see geneetiline muutus ka järglastele-muidugi siis, kui muundatud organism on elu-ja paljunemisvõimeline. Seda tehnoloogiat nim. geeninokaudiks.
Transgeensete organismide loomine põhineb rekombinantse DNA tehnoloogial . Siiratav geen tuleb ühendada niisugusesse DNA- või RNA-kompleksi, mis saab siseneda rakku ja integreeruda selle genoomi. Selliseid DNA-konstruakte nim. geenivektoriteks.
Rakendusbioloogilises suunas hakati otsima võimalusi kasutada transgeenseid baktereid meditsiiniliselt oluliste inimese valkude tootmiseks. Raskusi valmistas asjaolu, et eukarüootse organismi geene ei suuda bakterid algsel kujul transleerida geenistruktuuri erinevuse tõttu-geenides on mittekodeerivad lõigud, mida bakterid ei ’’oska’’ välja lõigata. Siin tuleb appi ensüüm pöördtranskriptaas. Inimese rakkudest eraldatakse huvipakkuva geeni mRNA ja pöördtranskribeeritakse selle järgi vastav komplementaarne DNA. See ühendatakse plasmiidiga ning saadud geenivektor lülitub bakteriraku koosseisu. Sel viisil loodud transgeenne bakter toodab peale enda valkude ka soovitavat inimesevalku.
Esimene inimese valku sünteesiv balteritüvi saadi 1978.a. Selleks valguks oli hormoon insuliin, mille USA Toidu-ja Raviamet lubas ravimina kasutusele võtta 1982.a. Varsti pärast seda, 1980. aastatel tulid geenitehnoloogiliste toodetena kasutusele inimese kasvuhormoon, aneemia raviks tarvitatav erütropoetiin, imuunsüsteemi reguleerivad interferoonid. Hiljem on selliste ravimitena lisandunud difteeria ja teetanuse vaktsiin . Hiljuti turule tulnud inimese papilloomviiruse vastast vaktsiini toodetakse putukarakkudest.
Nii fundamentaal-kui ka rakendusbiolooge ahvatles võimalus luua transgeenseid hulkrakseid organisme. Esimene selline imetaja saadi 1981.a. See oli hiir , kelle genoomi oli viidud roti kasvuhormooni geen. Tulemus oli silmatorkav-hiir kasvas umbes kaks korda suuremaks . Geenivektorite ülekandeks kasutatakse viirusi või siirdatakse vajalik geen mikropipeti abil otse viljastatud munarakku. Transgeenseid hiiri kasutatakse geneetika -, arengubioloogia- ja meditsiinilaborites ning farmaatsiafirmades katseloomadena teaduslikul otstarbel-geenide avaldumise, nende produktide toimeviiside ja-teede uurimiseks.
1980. aastate teisel poolel alustati mitmes biotehnoloogiakeskuses töid saamaks transgeenseid imetajaid , kes toodaksid piimas või veres inimese ravivalke või toidulisandeid.
Transgeensete imetajate saamine on küllaltki keerukas ja vaevarikas protseduur .Esiteks, keeruline on mikropipeti abil geenivektori sisestamine viljastunud munarakku seda kahjustamata. Teiseks pole veel õnnestunud luua geenivektoreid, mis integreeruksid genoomi DNA-sse soovitaval kohal Nii võivad nad kahjustada olemasolevaid geene. Kolmandaks, siiratav geen peab olema varustatud koespetsiifilise promootoriga, mis tagaks geeni avaldumise õiges koes ja sobival ajal. Neljandaks, lisanduvad kaod, mis tulenevad embrüosiirdamisega seotud riskidest. Kogu protseduur on suuresti õnnemäng, kus soovitav tulemus saadakse suure korduste arvuga.
Transgeenseid taimi luuakse peamiselt põllumajanduslikel eesmärkidel. Kultuurtaimede insenergeetilisel muundamisel on olnud neli peamist taotlust:

• Parandada saaduste tarbekvaliteeti (säilivust, ainelist koostist, välimust)
  
• Suurendada vastupidavust haigustele ja kahjurputukatele
  
• Tõsta taluvust umbrohutõrje kemikaalide (herbitsiidide) suhtes
  
• Tõsta karmide keskkonnatingimuste taluvust
  

Kimäärideks sim. Organisme, kelle keha koosneb erineva geneetilise päritoluga rakkudest.
Geeniteraapia
Inimesel on tuntud üle 3000 päriliku puude või haiguse, mis on tingitud üksiku geeni defektist. Enamasti on need geneetilise avaldumise poolest retsessiivsed. Mõnedel juhtudel on ravitavad või leevendatavad organismis puuduvate valkude manustamisega vereringesse, kuid enamasti mitte. Pealegi on igati loomulik püüe vabaneda välisest sõltuvusest. Geeniteraapia ehk geeniravi seisneb enamasti normaalselt talitleva geeni siirdamises raske geneetilise puudega inimese mingi koe rakkudesse. Osal juhtudel seisneb ravi ka mutantse geni avaldumise vaigistamises.
Geeniteraapia sarnaneb transgeneesiga, kuid erineb sellest kahes aspektis. Esiteks siiratakse sama liigi geene; teiseks, neid geene siirdatakse üksnes somaatilistesse rakkudesse ega pärandata järglastele. Päritava haiguse puhul tuleb geeniravi protseduuri korrata iga puudega järglase juures.
Geeniteraapia võimalused sõltuvad geneetilise puude olemusest. Kui see on seotud näiteks vererakkudega, on asi lihtsam. Luuüdis on alati mingi hulk tüvirakke eri tüüpi vererakkude tootmiseks. Sellisel juhul oleks geeniravi protseduur järgmine: puudega lapse luuüdist eraldatud rakud viiakse rakukultuuri, neisse sisestatakse normaalgeen sobiva geenivektori, enamasti retroviiruse abil, kinnistunud siirdega rakud kloonitakse ja paljundatakse ning siirdatakse tagasi haigesse indiviidi. Muude puuete korral on asi keerulisem. Tuleb leida või konstrueerida sobiva koespetsiifilise promootoriga ülekandevektor ja sisestada selle struktuuri siiratav geen.
Tehnogeneetilisi meetodeid saab kasutada veel paljude muude ülesannete lahendamiseks. Üheks neist on pärilike haiguste molekulaargeneetiline diagnostika. Enamasti põhineb see metoodika mutantsete geenide äratundmisel DNA- proovide abil. Need on lühikesed üheahelalised DNA-fragmendid, mille nukleotiidijärjestus vastab tuntud mutatsioonilistele järjestustele geenides ja mis nende geenilõikudega paarduvad. Peale selle on nad varustatud signaalelementidega, radioaktiivsete või fluorestseeruvate markeritega, mis aitavad kindlaks teha nende seostumist defektsete geenidega . Sellised proovid võimaldavad mis tahes elujärgul avalduvaid geneetilisi puudeid tuvastada juba enne sündi, idegi varastes embrüotes enne nende siirdamist.
Üha laiemalt rakendatavaks on saanud nn. DNA-sõrmejälgede metoodika. See nimetus on tuletatud 19. sajandi lõpul avastatud nähtusest, et iga inimese sõrmejäljed on kordumatud. Inimese DNA-järjestuste uurimisel selgus, et genoomis on rohkesti muutlikke piirkondi e. lookusi, mida saab eristada fragmentide pikkuse järgi. Genoomi restriktaasidega töödeldes saadakse eri pikkusega DNA-fragmendid, mille pikkusmuster on eri indiviididel märgatavate erinevustega. Eri pikkusega DNA-fragmendid eraldatakse elektroforeesiga. Tulemuseks saadakse pilt, mis sarnaneb ribakoodiga.
Suurima läbimurde DNA-sõrmejälgede metoodika arengusse tõi 1983.a. leiutatud polümeraasse ahelreaktsiooni meetodi kasutuselevõtt. See meetod võimaldab mõne raku olemasolu korral paljundada kindlat DNA-lõiku mõne tunni jooksul miljonis koopias, mis annab võrdlevaks uurimiseks piisavalt materjali. DNA-sõrmejälgede meetod, mida nüüd enamasti DNA-profiili määramiseks nimetatakse, on praegu kohtuekspertiisis üha laialdasemat kasutust leidnud isaduse tuvastamisel, kurjategijate paljastamisel ning muudel isiku kindlakstegemist nõudvatel juhtudel.
DNA-sõrmejälgede meetodil on palju muidki rakendusi. Näiteks saab selle meetodiga testida organidoonori koe sobivust konkreetsele patsiendile, uurida iidsete populatsioonide sugulust ning isegi kontrollida ohustatud liikide kaitse seaduste täitmist.
Kordamisküsimused

Mille poolest erineb geeniteraapia rakuteraapiast ja transgeneesist?
Geeniteraapia seisneb normaalse inimgeeni siirdamises defektiga indiviidi somaatilistesse rakkudesse. Rakuteraapia on seotud tüvirakkude eraldamise ja kultiveerimisega. Transgenees siirdatakse sama liigi geene ja neid geene ei pärandata järglastele.

Miks ei ole geeniravi seni kuigi laialt levinud?
Mõnel korral on geeniteraapiale hiljem järgnenud surm või pahaloomulise kasvaja areng.

Mis otstarve on sünnieelsel meditsiinigeneetilisel diagnoosil?
Molekulaargeneetilised ja muud meditsiinilised diagnoosid võimaldavad vähendada raskete ravimatute puuetega laste sünnisagedust vastavate geneetilite defektide loodete abortimise ja siiratavate embrüote valiku teel.

Millist molekulaarset mehhanismi kasutatakse molekulaargeneetilises diagnostikas?
Molekulaargeneetilise diagnostikaks kasutatakse DNA-proove.

Mina oleks avaldumise poolt ja samas ka vastu. Poolt, kuna inimene saaks oma elu korraldada nii, et saks kõik elumõnud ära proovida ja kindlasti mõtleks ka laste tuleviku kindlustamisele. Vastu, kuna kõik ei ole nõus teadma oma elukohta ja järgnevast. Näiteks ei taheta, et neile ennustatakse, kuna see võib rikkuda elu lõplikult. Hakkatakse valmistuma surmaks ja lapsed ja mees tõrjutakse eemale.

Selgitage, milles seisneb polümeraasne ahelreaktsioon ja milleks seda kasutatakse.
Meetod mindlast DNA-lõigust suure arvu koopiate saamiseks tsüklilise ahelreaktsioonina toimuva replikatsiooni teel.
7) Mida tähendab mõiste ’’DNA-sõrmejäljed’’ ja mis eelis on neil võrreldes tavaliste
Sõrmejälgedega?
See nimetus on tuletatud 19.sajandi lõpul avastatud nähtusest, et iga inimese
sõrmejäljed on kordumatud. Kasutatakse isaduse tuvastamisel, kurjategijate
paljastamisel, testida organidoonori koe sobivust konkreetsetele patsiendile.