3. Biotehnoloģijas, gēnu inženierija un klonēšana

Atklājums, ka DNS satur ģenētisko informāciju par katru organismu, pavēra ceļu jaunām bioloģijas nozarēm - iedzimtībai, ģenētikai, gēnu inženierijai, biotehnoloģijām. Bioloģija mūsdienās ir strauji attīstījusies, un zinātnieki spēj paveikt lietas, kas agrāk šķita neiedomājamas. Pateicoties jaunām tehnoloģijām, cilvēki spēj pētīt, mainīt un izmantot dzīvās būtnes dažādos veidos, lai palīdzētu medicīnā, lauksaimniecībā un rūpniecībā.

 

DNS struktūra visos organismos ir vienāda - visiem organismiem DNS ir dubultspirāle, kuru veido nukleotīdi (adenīns, guanīns, citozīns, timīns). DNS atšķirīgu padara šo nukleotīdu secība un DNS garums katram organismam.

Biotehnoloģija ir zinātnes nozare, kurā cilvēks izmanto dzīvus organismus vai to daļas (piemēram, šūnas, enzīmus, mikroorganismus), lai radītu jaunas vielas, uzlabotu produktus vai risinātu kādu problēmu.

 

 

Gēnu inženierija ir biotehnoloģijas nozare, kur zinātnieki apzināti maina dzīvo būtņu DNS, lai iegūtu kādas noteiktas īpašības. Gēni tiek izmainīti, izņemti ārā, pievienoti citu sugu gēni. Ģenētiskā koda mainīšanu sauc par ģenētisko modificēšanu. Organismu, kuram ir mainīts DNS, sauc par ģenētiski modificētu organismu (ĢMO).

 

Lai varētu mainīt kāda organisma īpašības, zinātnieki izmanto gēnu inženieriju - metodi, ar kuru var pārnest gēnus no viena organisma uz citu. Tas nozīmē, ka viena organisma gēns tiek ievietots cita organisma šūnās, lai šis jaunais organisms sāktu darboties citādi — piemēram, ražotu kādu noteiktu vielu vai kļūtu izturīgāks. Piemēram, paņemot cilvēka insulīna gēnu un ievietojot to baktērijā, modificētā baktērija sāk ražot insulīnu, ko var izmantot kā zāles cilvēkiem ar cukura diabētu, kuru pašu organisms insulīnu vairs neražo.

Lai pārnestu gēnu no viena organisma uz citu, jāveic vairāki soļi.
1. Tiek noskaidrots, kurš gēns organismā atbild par noteiktu īpašību (piemēram, insulīna ražošanu vai izturību pret slimībām).
2. Ar speciāliem enzīmiem, kas ir kā bioloģiskas šķēres, vēlamais gēns tiek izgriezts no organisma DNS.
3. Izgrieztais gēns tiek ievietots citā organismā. Tas notiek ar plazmīdas palīdzību – tā ir maza DNS daļiņa, ko izmanto, lai pārnestu gēnu, īpaši baktērijās.
4. Organisms, kurā ievietots jaunais gēns, sāk darboties atbilstoši jaunajai informācijai – ražot noteiktas vielas vai iegūt jaunas īpašības.

Ģenētiski modificēts organisms (ĢMO) ir dzīva būtne, kuras DNS ir apzināti mainīts, lai piešķirtu tai kādu jaunu īpašību, kas tai dabīgi nebūtu. DNS tiek mainīts ar gēnu inženierijas palīdzību un jaunais ĢM organisms izpauž jauno īpašību – kļūst izturīgāks, veselīgāks vai ražīgāks.

 

Ģenētiski modificēti augi tiek veidoti, lai:

Piemēram, 1999. gadā tika izveidoti zelta rīsi, kas satur vairāk A vitamīna, lai palīdzētu novērst šī vitamīna trūkumu bērniem. Bt kukurūza satur gēnu no augsnes baktērijas, kas palīdz augam pašam aizsargāties pret kaitēkļiem. ĢM soja un kokvilna ir izturīgas pret noteiktām ķimikālijām un vides apstākļiem.

 

Ģenētiski modificēti dzīvnieki tiek radīti, lai:

Piemēram ĢM laši aug daudz ātrāk nekā parastie laši, ĢM govis ražo pienu ar mazāk alergēniem vai ar vairāk cilvēkiem noderīgām olbaltumvielām, tauku saturu. ĢM peles izmanto zinātnē, lai pētītu cilvēka slimības un zāļu iedarbību. ĢM kazu pienā ir zāļu olbaltumvielas.

 

Klonēšana ir process, kurā tiek radīts ģenētiski identisks organisms - klons, kuram ir tāds pats DNS kā oriģinālajam organismam jeb klonu var saukt par oriģinālā organisma kopiju. Klonēšana ir dabā bieži sastopams process.

1. Augiem ir veģetatīvā vairošanās jeb vairošanās izmantojot saknes, stublājus, lapas vai pazemes daļas (kartupeļu bumbuļi, zemeņu stīgas). Šāds vairošanās veids pēc būtības ir klonēšana, jo visi jaunie augi, kas izaug no šādām daļām, ir ģenētiski identiski mātes augam.

2. Baktērijas vairojas daloties uz pusēm - no vienas šūnas rodas divas jaunas šūnas, kas ir pilnīgi identiskas oriģinālajai. Tas ir dabisks klonēšanas process, kas notiek ļoti ātri - dažas baktērijas spēj dalīties ik pēc 20 minūtēm.

3. Daudzas sēnes vairojas, izaugot no viena kopīga pazemes micēlija (sēņu pavediena). No viena micēlija var izaugt daudzas sēnes, kas visas ir ģenētiski vienādas – arī tas ir klonēšanas veids.

Zinātnieki ir aizguvuši klonēšanas ideju no dabas. Pazīstamākā no klonēšanas metodēm ir dzīvnieku reproduktīvā klonēšana. 
1. Paņem DNS (kodolu) no dzīvnieka, kuru vēlas klonēt (parasti no ādas šūnas vai citas somatiskās šūnas).

2. Izņem kodolu no olšūnas, lai tajā vairs nebūtu tās oriģinālais ģenētiskais materiāls.

3. Šūnas kodolu no pirmā dzīvnieka ievieto tukšajā olšūnā.

4. Šūnai tiek dots elektrisks impulss, lai tā sāk dalīties kā apaugļota olšūna.

5. Šo embriju ievieto dzemdē citam dzīvniekam, kas kalpo kā surogātmāte.

6. Pēc laika piedzimst klonēts dzīvnieks, kurš ģenētiski ir identisks pirmajam organismam.

 

1996. gadā Lielbritānijā pirmo reizi veiksmīgi tika klonēts zīdītājs - aita Dollija. Tā bija identiska aita, kuras DNS tika pārnests no citas aitas šūnas. Tā nodzīvoja tikai 6 gadus, lai gan parastās aitas dzīvo vidēji 10–12 gadus. Pēc tam tika veikti pētījumi, lai noskaidrotu, vai klonēti dzīvnieki tiešām noveco ātrāk. Rezultāti nav viennozīmīgi, jo daži kloni dzīvo normāli, bet citi tomēr mazāk. Klonēšanas tehnoloģiju pielieto dažādās jomās.

 

 

Cilvēkus klonēt ir aizliegts vai stingri ierobežots lielākajā daļā pasaules valstu – ētisku, juridisku un veselības iemeslu dēļ. Daudzās valstīs ir arī ierobežojumi dzīvnieku klonēšanai pārtikai.