Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

odreĎenim uslovima spoljašnje sredine i da razvije osobine čija je kombinacija jedinstvena za svaku jedinku. Skup gena koje sadrţi jedna gamet naziva se genom.

Kada su oba alela za jedan gen dominantna tada kaţemo da je individua po svom genotipu dominantnom homozigotu (AA); kada su oba alela recesivna radi se o recesivnom homozigotu (aa); a kada je jedan alel dominantan a drugi recesivan radi se o heterozigotu (Aa).

Genotip jedne jedinke moţe se upoznati posrednim putem i to proučavanjem sopstvenog fenotipa i fenotipova predaka i potomaka.

Fenotip predstavlja spoljašnji izgled nekog organizma. Sastoji se od niza pojedinačnih osobina (morfološki izgled, fiziološki i biohemijski sastav, sposobnost da se obavi neki proces ili ispolji odreĎeno ponašanje). Nastaje kao rezultat interakcije genotipa i faktora spoljašnje sredine. Fenotip se u toku razvića jedinke menja dok je genotip relativno postojan.

Reprodukcija je osnov nasleĎivanja. Prenos nasledne informacije preko naslednog materijala od deobe do deobe ćelija obavlja se mitozom i mejozom.

Mitoza je proces deobe jedra haploidne ili diploidne ćelije pri kojoj potomačke ćelije dobijaju istu količinu genetskog materijala (nasleĎuju isti broj hromozoma).

Hromozomi su vidljivi jedino u mitozi. Jedan metafazni hromozom se sastoji iz 2 hromatide

– u svakoj se prostire po 1 identičan molekul DNK. Homatide su spojene u nivou centromere. Mejoza je proces deobe jedra pri kojoj se redukuje broj hromozoma od diploidnog ka

haploidnom = redukciona deoba.

GENOTIP ─ skup svih gena jednog organizma, genetska konstitucija organizma.

GENOM ─ genetička informacija u haploidnom setu hromozoma.

FENOTIP ─ skup svih vidljivih osobina organizma, rezultat interakcija genotipa i sredine; fizička manifestacija naslednih činilaca, tj. gena.

Jedan od često citiranih primera multipnog alelizma je nasleĎivanje krvnih grupa ABO sistema kod čoveka. ABOlokus kod čoveka sadrţi tri genska alela: IA, IBi IO. Aleli IAi IBsu kodominantni, dok je alel IOrecesivan kako u odnosu na IA, tako i u odnosu na IB.

Genski aleli ABO lokusa kontrolišu stvaranje glikolipida na površini eritrocita, zahvaljujući tome što odreĎuju tip glikozil-transferaze (enzim koji katalizuje sintezu polisaharida) u eritrocitima.

Specifičan tip glikolipida na površini eritrocita predstavlja antigen sposoban da reaguje sa antitelima (zaštitini proteini imunskog sistema) prisutnim u krvnom serumu.

Antitela, pod normalnim okolnostima, uvek reaguju na strane molekule (najčešće proteine) koji nisu svojstveni datom organizmu. Kod normalnih osoba ne sintetišu se antitela na sopstvene antigene. Na osnovu toga se odreĎuju krvne grupe kod čoveka. Naime, dovoljno je imati dva odvojena antiseruma (anti-A i anti-B) od kojih prvi reaguje sa antigenima A krvne grupe, a drugi sa antigenima B krvne grupe.

Vezivanjem antitela za eritrocite oni se slepljuju (aglutinacija) tako da se na osnovu reaktivnosti sa antiserumima odreĎuje krvna grupa (npr. eritrociti krvne grupe A reaguju sa anti-A antiserumom, ali ne i sa anti B antiserumom).

OdreĎivanje krvnih grupa od posebnog je značaja u transfuziologiji, s obzirom da veće količine stranih tela (antigena) dovode do jakog imunskog odgovora. Osobe sa AB krvnom grupom imaju na površini svojih eritrocita kako A, tako i B antigen, samim tim nemaju anti-A ni anti-B antitela u svojoj krvi (ne reaguju na sopsteveno), te mogu da prime krv od bilo kog davaoca.

Drugi ekstrem su osobe krvne grupe O (univerzalni davaoci) koje na površini eritrocita nemaju A i B antigene tako da se njihova krv koristi za osobe bilo koje krvne grupe.

Genetička konstitucija organizma naziva se genotip.Genotipobuhvata sve nasledne činioce u ćelijskim hromozomima. Radi lakše analize, često se posmatra samo jedan lokus, pri čemu je genotip za dati lokus odreĎen jednim parom alela. Skup gena u jednoj hromozomskoj garnituri naziva se genom.

Fenotip predstavlja ekspresiju genotipa okarakterisanu nizom osobina (morfoloških, fizioloških i etoloških) jednog organizma.Fenotip se ostvaruje interakcijom genetičkih činilaca koji

6

odreĎuju razviće razlićitih osobina i faktora sredine.

Geni svoje dejstvo ne ostvaruju izolovano jedni od drugih. Konačan fenotip organizma rezultat je dejstva i meĎusobnih interakcija velikog broja gena. Pored toga, na ispoljavanje gena, u većoj ili manjoj meri, utiču faktori sredine.

Slika 1. Tradicionalni pogled na diseminaciju inovacija u poljoprivredi

(оригинальный)

2. Primena biotehnologije u humane svrhe

Primena biotehnologije u poljoprivredi je intenzivna. Pojedini biotehnološki postupci su još uvek u eksperimentalnoj fazi primene, drugi se samo delimično primenjuju, dok treća grupa biotehnoloških postupaka danas predstavlja jedini način i vid proizvodnje u pojedinim granama poljoprivrede. Pored poljoprivrede, biotehnologija se uplivisala i u mnoge druge privredne grane, kao što su farmacija, medicina, prehrambena industrija, akvakultura, energetika, hemijska industrija, ekologija i dr.

Danas glavno trţište za proizvode dobijene biotehnološkim putem predstavlja oblast kliničke dijagnostike u humanoj i veterinarskoj medicini i zaštiti bilja, ali postoje i druge grane poljorprivrede, čiji su proizvodi dobijeni isključivo biotehnološkim postupcima nove generacije.

Mikropropagacija je metod kojim je moguće regenerisati ili umnoţiti čitavu biljku od samo jednog njenog fragmenta - reznica ili vegetativnog pupoljka. Biotehnologija je omogućila da se ovim metod, koji se u poljoprivredi dugo primenjuje, dobije veliki broj biljaka iste vrste i iz drugih delova biljke, kao što je apikalni meristem. Tako se iz apikalnih meristema, koji se gaje in vitro uslovima, dobija veliki broj biljnih embriona, a potom iz njih i mladih biljaka, koje se prvo gaje u test tubama (tzv. ―vitrokulture‖), a potom i na zemljišnim posedima.

Mikropropagacija ima niz prednosti. Njom se moţe proizvesti neograničeni broj klonova biljnih vrsta otpornih na odreĎene bolesti. Pored toga, korišćenje apikalnog meristema, obezbeĎuje proizvodnju biljaka slobodnih od patogenih virusa. Mikropropagacija omogućava i olakšava selekciju pozitivnih varijeteta. Na kraju, najveća prednost mikropropagacije je proizvodnja velikog broja biljaka iste vrste, soja ili sorte na brz i jeftin način.

Genetički inţenjering, kao jedna od oblasti biotehnologije nove generacije, otvorio je vrata nove epohe u biljnoj i animalnoj genetici. Tako se genetičkim inţenjeringom mogu preneti geni iz

7

jedne u drugu vrstu i time povećati mogućnosti čoveka da kontroliše i upravlja genomom tako modifikovanih jedinki. Najjednostavnije posmatrano, izmenu genoma bilo je moguće ostvariti ukrštanjem, ali su ishodi bili ograničeni seksualnom reprodukcionom barijerom, koja postoji izmeĎu različitih vrsta i njihovih hibrida.

Slika 2. Definicija biotehnologije i njena struktura

(оригинальный)

Nove vidove ekspresije odreĎenih osobina, bilo je moguće postići samo ukrštanjem biljaka ili ţivotinja koje pripadaju istoj vrsti. Šta više, ponekad su rezultati ukrštanja bili potpuno nepredvidljivi, jer se po dobro poznatim pravilima nasleĎivanja, polovina osobina jednog roditelja kombinuje sa polovinom osobina drugog roditelja i tako kombinovane prenose na potomstvo, a mogućnosti kombinacija svih osobina su nebrojane.

Transferom gena su povećane mogućnosti genetičke kontrole, jer se s jedne na drugu vrstu moţe preneti gen čije su osobine poznate. Pored toga, u genom odreĎene biljne, animalne vrste ili mikroorganizma, moguće je transgenezom insertovati gen iz genoma bilo kog drugog organizma,

čime se potpuno eliminiše značaj reproduktivnih barijera, ne samo izmeĎu različitih vrsta, već i izmeĎu dva carstva - biljnog i ţivotinjskog. MeĎutim, u praktičnim uslovima nije uvek tako jednostavno identifikovati gene od značaja, preneti ih i ugraditi u genom druge vrste, a pri tome očekivati tačan način njihove ekspresije u organizmu novog domaćina. Ovo predstavlja naročito oteţavajuću okolnost kada se radi o kompleksnim osobinama, kakve su kvantitativne karakteristike, uslovljene kombinacijom više gena. TakoĎe, danas još uvek nije potpuno rasvetljen problem pozicionog efekta pri transgenezi.

Veliki doprinos biotehnologije je i mogućnost izrade genskih mapa biljnih i ţivotinjskih vrsta. Pomoću njih je tačno moguće odrediti poloţaj gena na hromozomu, kao i identifikovati gene koji kontrolišu osobine od interesa. Time je omogućeno da se na osnovu prisustva ili odsustva odreĎenog alela olakšaju kriterijumi selekcije i gajenja biljnih i ţivotinjskih vrsta u pravcu ţeljenih osobina. Drugačije rečeno, olakšana je kategorizacija pozitivnih genetičkih varijeteta, a time indikovana i potreba konzervacije retkih ili ugroţenih vrsta, rasa, sojeva ili sorti.

U oblasti zaštite bilja, veterinarskoj i humanoj medicini, biotehnologija se uspešno primenjuju u dijagnostičkim postupcima. Tako su razvijeni dijagnostički testovi zasnovani na monoklonskim antitelima ili probama nukleinskih kiselina (tzv. DNK testovi). Njihova primena u dijagnostičke svrhe je izuzetno laka, a i laicima je omogućeno da na najjednostavniji način uzorkuju

8

biljne ili animalne ćelije i da ih dostave u odreĎenu instituciju gde će biti podvrgnuti ispitivanju. Ovim testovima je moguće lako i brzo otkriti prisustvo bolesti kod biljnih vrsta, čak pre

nego što simptomi oboljenja budu uočljivi, tako da se i hemijski tretman moţe sprovesti na vreme. TakoĎe je moguće brzo otkriti kontaminaciju biljnih sirovina mikotoksinima ili prisustvo patogenih biljnih virusa i ujedno omogućiti proizvoĎačima semenskog i sadnog materijala da identifikuju rezistentne varijetete. Time se garantuje i sigurnost pri internacionalnoj razmeni ovog materijala.

Slika 3. Primena biotehnologije u eko-industrijskim parkovima

(оригинальный)

Testovima kojima se otkrivaju promene na nivou dezoksiribonukleinske kiseline moguće je jednostavno utvrditi način nasleĎivanja pojedinih pozitivnih ili negativnih karakteristika kod biljnih i ţivotinjskih vrsta. U stočarskoj proizvodnji, ovi testovi obezbeĎuju blagovremeno dijagnostikovanje embrio- i fetopatija ili odreĎivanje pola embriona pre embriotransfera, na osnovu identifikacije Y-hromozoma.

Slika 4. Bio-tehnološki procesi uz primenu novih rešenja i smanjenja otpada

(оригинальный)

9

Biotehnologija je otvorila vrata novoj eri u proizvodnji vakcina, znatno efikasnijih u podizanju stepena specifične otpornosti i znatno pouzdanijih u odnosu na pojavu nepoţeljnih efekata u postvakcinalnom periodu. Te vakcine, kako je poznato, sadrţe samo antigenu komponentu uzročnika odreĎene bolesti, a ne ceo mikroorganizam. Upotrebom ovih vakcina, moguće je razlikovati vakcinisane od inficiranih ţivotinja.

Napred navedeni biotehnološki postupci, danas se nalaze na različitom stepenu usavršenosti za praktičnu primenu u poljoprivredi.

Tako se in vitro vegetetativna propagacija pojedinih biljnih vrsta već uveliko primenjuje u razvijenim zemljama sveta. Primeri su ukrasne biljke, voće, povrće, urmina i kokosova palma.

Transfer gena (transgeneza) se takoĎe intenzivno primenjuje za reprogramiranje organizama u cilju proizvodnje velikih količina supstancija i materija koje su dostupne čoveku po niskim cenama. Drugi, intenzivni vid primene transgeneze je insertovanje stranih gena u genom biljnih ili

ţivotinjskih vrsta kod kojih se ţeli postići ekspresija novih karakteristika, kakva je npr. otpornost prema različitim bolestima.

U istraţivanja u oblasti transgeneze uloţeni su ogromni napori u celom svetu, tako da su se prve transgene biljke pojavile na trţištu SAD 1994. godine. Već krajem 1995. godine ustanovljeno je da je izvedeno 3647 terenskih pokušaja gajenja transgenih biljaka u više od 15.000 mesta širom sveta. Pri tome je najmanje 56 biljnih vrsta bilo obuhvaćeno ovim pokušajima, ali je zastupljenost pojedinih vrsta različita. Tako je gajenje transgenih ţitarica, uljane repice, paradajza, krompira i soje predstavljalo tri četvrtine svih ogleda. Najčešće su u tim ogledima, transgenezom, u genom nabrojanih biljnih vrsta, introdukovani geni odgovorni za:

─rezistentnost na herbicide (1450 ogleda),

─proizvodne karakteristike (806 ogleda),

─rezistentnost na insekte (738 ogleda),

─rezistentnost na viruse (466 ogleda),

─rezistentnost na gljivice (109 ogleda).

Rezultati ovih ogleda su našli najširu primenu u SAD. Danas se na nekoliko stotina hiljada hektara, u SAD, gaji transgeni pamuk rezistentan na insekte, transgena soja rezistentna na herbicid glifosat i transgene ţitarice rezistentne na gljivična oboljenja.

Dijagnostički testovi za utvrĎivanje prisustva odreĎene bolesti kod biljnih ili ţivotinjskih vrsta, kao i za kontrolu porekla i kvaliteta proizvoda biljnog ili ţivotinjskog porekla, takoĎe se danas nalaze na trţištu. Isti je slučaj i sa sintetičkim vakcinama, proizvedenim biotehnološkim postupcima nove generacije. MeĎutim, usled visokih finansijskih troškova, primena embriotransfera i kloniranja kod domaćih ţivotinja, slabije su zastupljeni, mada se na njihovom pojeftinjenju intenzivno radi.

Za istraţivače, savremene biotehnološke metode i postupci predstavljaju prvi i nezamenljiv način proučavanja ţivih organizama, kojima se razotkrivaju, dosad, nerazjašnjene tajne fundamentalnih razvojnih procesa biljnih i ţivotinjskih vrsta. Biotehnologija još uvek predstavlja mač s dve oštrice jer njena primena moţe imati različite efekte.

S jedne strane, biotehnologija moţe smanjiti primenu pesticida, ali istovremeno povećati i prodajnu cenu kvalitetne semenske robe na trţištu. TakoĎe, biotehnologija moţe smanjiti genetički diverzitet kloniranjem i mikropropagacijom, ali ga s druge strane, moţe povećati i sačuvati transferom gena, posredstvom genskih banki i embriotransfera, kako bi se zaštitile retke i ugroţene vrste, rase, sojevi i sorte.

Biotehnologijom se moţe poboljšati kvalitet odreĎenih biljnih i animalnih proizvoda, ali se istovremeno moţe narušiti i postojeća ekološka ravnoteţa i kontaminirati ţivotna sredina, naročito ako se nekontrolisano manipuliše genima, koji mogu neţeljeno preći u druge makroili mikroorganizme.

Biotehnološke metode nove generacije omogućavaju da se genskom terapijom leče bolesti

10