Izvor: B92, 26.Jun.2013, 16:40   (ažurirano 02.Apr.2020.)

Šta možemo sa DNK bakterija?

Da li ste se nekad zapitali kako se proizvodi insulin koršćen u lečenju dijabetesa? Da li bi Vam palo na pamet da su nam za taj bitan postupak potrebni mikroorganizmi koje ne vidimo, a možda i ne volimo-bakterije i kvasci. Pročitajte o nastanku, istoriji i današnjoj primeni genetički modifikovanih organizama.

Sve počinje 70ih godina prošlog veka saradnjom dvojice naučnika, Herberta Bojera i Stenlija Kohena, koji su u odvojenim laboratorijama radili na mogućnosti manipulacije >> Pročitaj celu vest na sajtu B92 << molekula DNK u u veštačkim uslovima.

Bojer je istraživao poseban tip enzima izolovanih iz bakterija, za koje je utvrđeno da imaju zaštitnu ulogu u bakterijskoj ćeliji svojom sposobnošću da selektivno seku strani molekul DNK koji je infekcijom virusa ili bilo kakvom razmenom genetičkog materijala između dve bakterije stigao unutar ćelije. Ovi enzimi su nazvani restrikcioni enzimi (za one koji žele da znaju više-restrikcione endonukleaze), i ono što je oblast molekularne biotehnologije poguralo napred čitav korak napred je otkriće njihog mehanizma rada.

Naime, ovi enzimi „skeniraju“ uzduž i popreko molekula DNK i svaki put kad naiđu na specifičan raspored nukleotida („slova“ jezika DNK-ATGC) na njemu uvode dvolančani prekid. Primećeno je da su ta mesta sečenja karakteristične palindromske sekvence, tj. sekvence koje su iste kad se čitaju sa obe strane molekula DNK, kao i da je specifičnost dvolančanih prekida da su „lepljivi“, tj. da mogu da se spoje sa drugim prekidima nastalim radom istog restrikcionog enzima. Bojer je u ovo vreme izolovao prvi takav enzim iz poznate bakterije E. Coli i nazvao ga EcoRI koji je u međuvremenu dobio epitet „Big daddy“ restrikcionih enzima.

U međuvremenu Stenli Kohen je radio sa genomima bakterija. Generalno gledano bakterije pored svog „glavnog“ genetičkog materijala organizovanog u nukleoid imaju i male kružne molekule DNK zvane plazmidi.

Upravo ovi plazmidi imaju neka zanimljiva svojstva, kao što su sposobnost samostalne deobe, bez obzira na deobu bakterijske ćelije, i na sebi mogu nositi gene koji su zaduženi za razne čudne sposobnosti bakterija kao što su rezistencije na teške metale ili dejstvo antibiotika.

Ove plazmide je Kohen nazvao pSC101 i pSC102, koji su nosili sposobnost rezistencije bakterijske ćelije na antibiotike kanamicin i tetraciklin, pri čemu SC u imenu plazmida potiču od inicijala samog Stenlija Kohena.

Sastankom Bojera i Kohena na stručnom skupu na Havajima 1972. godine došlo je do dogovora između njih dvojice da ujedine napore u proizvodnji jednog hibridnog (rekombinovanog) gena koji bi se sastojao iz dve sekvence DNK iz dva različita živa organizma.

Korišćenjem upravo gorepomenutog restrikcionog enzima EcoRI, uvedena su dva ista prekida na dva različita molekula DNK (na dva različita Kohenova plazmida) koja su onda mogla međusobno da se spoje pomoću drugog enzima (DNK ligaze) kad se pomešaju, tako čineći jedan veći molekul DNK (slika).

Na ovaj način ova dva naučnika su dobili jedan fuzionisani himerni molekul DNK koji je imao mogućnost samostalne deobe u ćelijama E. coli, dok je ova bakterija imala mogućnost rezistencije i na kanamicin i na tetraciklin. Ova, tada prva, eksprimentalna tehnika je dala dalje neograničene mogućnosti istraživačima da se igraju spajanja različitih sekvenci i različitih molekula DNK iz različitih živih organizama u jedan molekul, pa čak i ljudskih sa bakterijskim.

Ovo je simbolički početak posebne grane industrije- biotehnologije, i formalni početak praktične primene i komercijalizacije naučnih otkrića molekularne biologije. Razumevajući značaj njihovog otkrića, Bojer i Kohen su izvršili njegovo patentiranje, i činjenica da su postupili razumno je da su na ime licencnih nadoknada zaradili preko 25 miliona dolara. Godine 1977. Bojer osniva i prvu kompaniju za primenu tehnologije rekombinovane DNK „Genentech“

Za šta se to koristi danas

Odmah nakon ovog otkrića postao je razumljiv pun potencijal u njegovo primeni u kliničke svrhe. Korišćenjem tehnologije rekombinovane DNK 1978. godine je uz pomoć plazmida u bakteirijama proizveden prvi humani protein-somatostatin. Daljim napretkom u ovoj oblasti je omogućeno dobijanje humanih proteina u velikim količinama, te tako kompanija Genentech 1982. godine proizvodi „Himulin“, veštački dobijen insulin iz bakterijskih ćelija.

Prostim spajanjem sekvenci cDNK (komplementarne DNK) koje kodiraju za određene proteine od interesa sa plazmidima ili drugim molekulima DNK (takozvanim vektorima za kloniranje) koji mogu poslužiti svrsi ubacivanja u surogat organizam koji će taj protein sintetisati omogućeno je dobijanje bilo kog proteina u velikim količinama, bez obzira na njegovo biološko poreklo.

Naravno, ovo isključuje određeni broj proteina koji moraju da prođu kroz procese modifikacije nakon njihove sinteze u ćelijama, za šta bakterijske ćelije nemaju mogućnost, te se za njihovu sintezu koriste ćelije slične ljudskim- ćelije kvasca.

Ova metoda se još koristi za proizvodnju vakcina za hepatitis B, pri čemu se u ćelijama kvasca sintetišu proteini virusa koje naš organizam prepoznaje, dok se takođe detekcija infekcije HIV virusom izvršava tako što se iz krvi pacijenta traže antitela koja reaguju na proteine virusa dobijenih tehnologijom rekombinovane DNK.

foto: sxc.hu

Na ovaj način se dobija i sorta pirinča „Golden rice“ u koju je ubačen gen čiji proteinski produkt sintetiše beta karoten, što je jedinjenje od kog nastaje vitamin

A u našem organizmu kad pojedeno ovaj pirinač. Na ovaj način se naučnici bore protiv deficijencije vitamina A u svetu za koju se predpostavlja da ubije oko 2 miliona ljudi kao i da je odgovorna za 500,000 slučajeva slepila godišnje.

Iako postoje brojne debate u medijima i narodu oko potencijalne opasnosti ovih produkata i organizama, naučna javnost danas rekombinovane DNK molekule i same proteine nastale od njih smatra potpuno bezopasnim. Pored ovoga, vodi se stroga kontrola nad njima, posebno kad napuste laboratorije i kad potencijalno ulaze u lance ishrane.

Nastavak na B92...