Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Spory kolem genového inženýrství 6

Předpokládaná i skutečná ohrožení a obrana proti nim
 |  9. 10. 2008
 |  Vesmír 87, 662, 2008/10
 |  Seriál: Genové inženýrství, 6. díl (PředchozíNásledující)

Genetické modifikace spontánně vzni kají od doby, kdy se na Zemi objevil život. Kdyby tomu tak nebylo, nebylo by vývoje, a tudíž ani člověka. Umělé manipulace provozujeme od doby, kdy jsme se začali potýkat se zemědělstvím – asi již deset tisíc let. Teprve od druhé poloviny 19. století (od etapy klasických genetických manipulací) šlechtitelé používají již stále uvědoměleji různé způsoby pohlavního vnitrodruhového, popřípadě mezidruhového a později u mikroorganizmů parasexuálního křížení. Ve 20. století se navíc začíná uplatňovat i metoda umělé mutageneze. V případě somatické hybridizace se začalo u rostlin, a teprve později se metody indukované fúze protoplastů aplikovaly na živočichy a mikroby. Genové inženýrství, nejmladší obor genových modifikací, se ubíralo cestou opačnou, od mikrobů k mnohobuněčným organizmům a člověku. Tento historický postup předznamenal také rozvoj ochranných opatření, která měla zabránit očekávaným nebezpečím.

Stalo se více méně náhodou, anebo to bylo výhodné pro vymezení zákona o genově modifikovaných organizmech, že se obsah tohoto termínu pro právnické účely zúžil, a to nejen u nás, ale v celém Evropském společenství národů, podle kterého bylo znění druhé verze našeho zákona v roce 2004 upraveno.

Takže až zákonem je dáno: Geneticky modifikované organizmy (GMO) mohou vzniknout jen při použití a) techniky rekombinantní nukleové kyseliny vytvářející nové kombinace dědičného materiálu vložením úseku nukleové kyseliny připravené jakýmkoli způsobem mimo organizmus do jakéhokoli viru, bakteriálního plazmidu nebo jiného vektorového systému a jeho následným začleněním do organizmu příjemce, ve kterém se normálně nevyskytuje, ale ve kterém je schopen dalšího množení, b) techniky zavádějící dědičný materiál připravený jakýmkoli způsobem mimo organizmus přímo do organizmu příjemce, zahrnující mikroinjekce, biolistické metody, mikroenkapsulace a umělé chromozomy, nebo c) techniky buněčné fúze, včetně fúze protoplastů, nebo hybridizace buněk, při níž jsou fúzí dvou nebo několika buněk vytvářeny životaschopné buňky s novou kombinací dědičného materiálu, a to prostředky, které se nevyskytují přirozeně.

Zní to poněkud neuvěřitelně, tak trochu podle vzoru „poručíme větru dešti“, ale je to tak, černé na bílém: jiné genetické modifikace z hlediska zákona ke vzniku GMO nevedou, a to asi proto, aby se na ně zákon o GMO nevztahoval.

Protože jako genové inženýrství se označuje soubor metod, technik a strategií sloužících k přenosu dědičného materiálu (získaného nejrůznějšímu způsoby včetně izolace z dárcova organizmu či chemické syntézy) nebo jeho malých úseků do příjemcova organizmu, není pochyb o tom, že takto vzniklé modifikované organizmy lze směle zařadit mezi GMO, o kterých je v zákoně řeč. Genové inženýrství tak uvázlo v síti zákona víceméně osamoceně, snad aby zaplatilo daň za své mládí, nebo proto, že více než metody klasických genetických modifikací umožňuje přenos jednotlivých genů mezi různými druhy organizmů a počítá s řadou kroků uskutečňovaných in vitro a s umělým přenosem dědičného materiálu do buňky. Je však třeba připomenout, že organizmy mají sice vývojem vypracovanou složitou strategii jak se účinně bránit vstupu cizího genetického materiálu do svých buněk, ale souběžně mnohé z nich mají vypracované přirozené dědičné mechanizmy, kterými tento přenos za určitých okolností tak či onak realizují, a to dokonce někdy i mezidruhově.

Povrchové struktury (buněčná stěna a membrána) jsou přirozenou a účinnou bariérou proti přenosu vysokomolekulárních látek. Když DNA tyto překážky překročí, je obvykle nemilosrdně rozstříhána na kousky. Prokaryotické organizmy jsou vybaveny speciálními enzymy restrikčně modifikačních systémů, které jsou schopny odlišit značením vlastní genetickou výbavu od cizí a specificky znehodnotit cizí genetický materiál záhy po jeho vstupu do buňky. Vpravit cizí DNA do náhodně vybrané buňky je pro genové inženýry často prací téměř sisyfovskou. Proto se pro genové modifikace u prokaryotických organizmů používají speciální kmeny, které mají tyto obranné mechanizmy poškozeny. I u takových invalidů je těžké udržet vstoupivší genetický materiál v buňce tak, aby tam setrval a přenášel se z generace na generaci. Zahájení genetických modifikací nového druhu organizmů vyžaduje obvykle přípravu vektorového systému a vypracování postupů, kterými se dá cizorodá DNA zabudovaná do vektoru přenést do buňky vybraného organizmu tak, aby tam setrvala i v potomstvu a abychom poznali, že tam je.

Podobně, jako když se začínalo s molekulární biologií, prvním osedlaným koněm genových inženýrů byla bakterie Escherichia coli, která mimo jiná místa osidluje naše střevo, tudíž jsme se s ní znali intimně mnohem dříve, než nám byla oficiálně představena. E. coli je nejlépe prostudovaným modelovým organizmem vůbec. Její plazmidy a viry zvané colifágy jsou ideálním základem pro konstrukci vektorů, neboť jsou přirozeně zařízeny na to, aby se v buňkách svého hostitele množily, popřípadě i přenášely z generace na generaci. DNA se dá do buněk E. coli vnášet způsoby přirozenými, pomocí konjugace a transdukce. Při konjugaci se mezi dvěma buňkami vytvoří kanálek, kterým může projít DNA z dárce do příjemce. Tímto způsobem se však nepřenáší libovolná DNA. Přecházejí tak z buňky do buňky kopie konjugativních plazmidů, které jsou pro tento přenos vybaveny speciálními geny, a někdy i kopie části nebo celé chromozomální DNA, do které takový plazmid vstoupil a odkud přenos řídí. Transdukce je druhý typ přirozeného přenosu, kdy se v jedné buňce jakoby omylem připojí k virové DNA malý úsek DNA buněčné, která po uvolnění virových částic může spolu s virovou infekcí další buňky vstoupit do nového hostitele a tam se nějakým způsobem projevit. Třetí přirozený způsob (běžný hlavně u grampozitivních bacilů) – transformace – je u E. coli bohatě nahrazen dobře zvládnutou transformací umělou, kterou zavedli genoví inženýři. Navíc se dá v určitých případech rekombinantní DNA zabalit i mimo buňku, uměle, do fágových částic, které pak s vysokou účinností infikují buňky E. coli.

Odborníci měli obavy hlavně z toho, že by buňky nebo bakteriofágy obsahující rekombinantní DNA mohly uniknout z laboratoří do volného prostoru a dostat se do zažívacího traktu různých organizmů včetně člověka. Co kdyby se stalo něco neočekávaného? Když nic jiného, geny pro rezistenci vůči antibiotikům, které jsou součástí mnoha vektorů, by se mohly ve volné přírodě přenášet dál a připravovat armádu odolných mikrobů, proti které by se vybraná antibiotika nemohla použít.

Nejsnadnější je pracovat s poškozenými kmeny, které jsou závislé na tom, co jim podstrojíme do kultivačního média. Takové kmeny v přírodě neobstojí. Ve službách genového inženýrství tedy většinou nepracují vitální divoké kmeny, nýbrž „chcípáčkové“ závislí na naší pomoci, mutanti, kteří si řadu životně důležitých sloučenin nedovedou syntetizovat sami a musí je dostat do média hotové, jinak zahynou hladem.

Navíc se používají mutanti velmi citliví na ultrafialové záření, takže stačí v laboratoři, kde nejsou žádné škvíry na schovávání, zapnout UV-lampu a prostředí je zakrátko sterilní.

Aby se v modifikovaných kmenech neodehrávaly přestavby toho, co do nich přeneseme, a nemohla vzniknout nějaká nečekaná nebezpečná kombinace, je v nich poškozen navíc i gen kontrolující rekombinační procesy. Tím je sice genově modifikovaný ubožák dále hendikepován, ale nešť! Stabilita toho, co jsme zkonstruovali, a bezpečnost práce za to stojí.

Kromě toho se v laboratoři dodržují bezpečnostní pravidla. Experimentátor se musí chovat tak, aby své produkty omylem nejedl, nepatlal je kolem sebe, nakládal s odpadem, aniž kontaminuje okolí, atd. Dodržováním těchto předpisů vlastně obrannou bariéru násobí. Nároky na bezpečnostní zajištění laboratoří a provádění operací jsou odstupňovány podle míry očekávaného rizika a dány zákonem.

Další obrana je namířena proti úniku vektorů. Určité typy plazmidů mohou být přenášeny při konjugaci bakteriálních buněk z dárce do nového příjemce. Takové plazmidy buď vůbec jako vektory nepoužíváme, nebo používáme mutanty, v nichž je transportní mechanizmus porouchán. Některé viry obsahující vektory virového typu nebo rekombinantní DNA by se mohly také samovolně přenášet dál a napadat i buňky, které jsme jim nenabídli sami. Obrana je opět poměrně snadná. Stačí poškodit gen na vektorové DNA, který je nezbytný pro reprodukci virových částic. Pokud je poruchou třeba přeměna kodonu pro aminokyselinu na kodon, který ukončuje syntézu proteinu na ribozomu (terminační kodon), syntéza proteinu nemůže být v divokých bakteriích dokončena. Když však bakterie nese vhodnou mutaci v genu pro tRNA, jež je schopna rozeznat terminační kodon, nakládá s ním jako s kodonem pro aminokyselinu. Syntéza proteinu se tak nepřeruší, protože se místo ukončení zařadí aminokyselina a jede se dál. Za těchto okolností se protein dodělá a virus se reprodukuje, jako by se nic nestalo. To je ale možné jen u vhodně vybraného mutovaného kmene E. coli, který je při modifikaci použit genovým inženýrem. V přírodě se takové mutanty v konkurenci s jinými bakteriemi neudrží, protože jsou znevýhodněny tím, že často nereagují vhodně ani na normální ukončovací signál pro syntézu proteinu. Uprchlý modifikovaný virus je v přírodě ztracen, neboť nenajde spřízněnou buňku, která by mu při reprodukci pomohla. Podobná opatření, jež se osvědčila u E. coli, se hodí i pro další prokaryotické organizmy a za určitých okolností by se hodila také pro jednoduché eukaryotické organizmy.

Registrace projektů včetně popisu zamýšlených kroků postupu umožňuje, aby se kontrolovalo nasazení správné hladiny ochranných opatření a aby se schválené postupy plnily z hlediska bezpečnosti a nakládání s produkty. Problematika práce s mnohobuněčnými organizmy je dosti odlišná, a proto se jí budu věnovat až příště.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Genetika

O autorovi

Vladimír Vondrejs

Doc. RNDr. Vladimír Vondrejs, CSc., (*1937) vystudoval chemii na Přírodovědecké fakultě UK v Praze. Na několika vysokých školách v Čechách a na Slovensku zaváděl výuku molekulární biologie. Na katedře genetiky a mikrobiologie PřF UK zavedl genové inženýrství. Postupně se věnoval výzkumu buněčného cyklu, rozvoji metod genových modifikací a reparaci DNA u mikroorganismů. S velkým zaujetím se ve volném čase věnuje malování a sochaření.

Doporučujeme

Jak si delfíni ucpávají uši

Jak si delfíni ucpávají uši audio

Jaroslav Petr  |  17. 12. 2017
Hluk v mořích a oceánech produkovaný člověkem ohrožuje kytovce. Může je dočasně ohlušit nebo jim trvale poškodit sluch. Nově objevený fenomén by...
Tajemná sůva šumavská

Tajemná sůva šumavská

Jan Andreska  |  17. 12. 2017
Byl vyhuben a vrátil se. Na Šumavu lidskou snahou a do Beskyd vlastním přičiněním. Puštík bělavý teď žije opět s námi, ale ohrožení trvá.
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné