Geenitehnoloogia (GMO) – määratlus, meetodid ja rakendused

Geenitehnoloogia (GE), mida nimetatakse ka geneetiliseks muundamiseks, on rakendusbioloogia haru. See on organismi genoomi muutmine biotehnoloogia abil. Need meetodid on hiljutised avastused. Meetodid on arenenud ja siin ei esitata kõiki üksikasju.

See on ülevaade sellest, mida saab teha:

• uut DNA-d võib sisestada peremeesorganismi, saades DNA järjestuse ja pannes selle seejärel peremeesorganismi molekulaarbioloogilise vektori abil.
• Geene võib eemaldada ehk "välja lülitada", kasutades ensüümi, mida nimetatakse tsinksõrme nukleaasiks.
• geeni sihistamine on teistsugune tehnika, mis kasutab geeni muutmiseks rekombinatsiooni. Seda võib kasutada geeni kustutamiseks, eksoonide eemaldamiseks, geeni lisamiseks või mutatsioonide sisseviimiseks.

Geenitehnoloogia abil muudetud organism on geneetiliselt muundatud organism (GMO). Esimesed GMOd olid bakterid 1973. aastal; geneetiliselt muundatud hiired valmistati 1974. aastal. Insuliini tootvad bakterid toodeti turule 1982. aastal. Alates 1994. aastast müüakse geneetiliselt muundatud toitu, sealhulgas põllukultuure.

Geenitehnoloogilisi meetodeid on kasutatud teadusuuringutes, põllumajanduses, tööstuslikus biotehnoloogias ja meditsiinis. Pesupesemisvahendites kasutatavaid ensüüme ja selliseid ravimeid nagu insuliin ja inimese kasvuhormoon toodetakse nüüd geneetiliselt muundatud rakkudes. Geneetiliselt muundatud loomi, näiteks hiiri või sebrakala, kasutatakse teadusuuringute eesmärgil.

Kriitikud on geenitehnoloogia kasutamise vastu mitmel põhjusel, sealhulgas eetiliste ja ökoloogiliste probleemide tõttu. Majanduslikke probleeme tekitab asjaolu, et geneetiliselt muundatud tehnikate ja geneetiliselt muundatud organismide suhtes kohaldatakse intellektuaalomandiõigust. Ökoloogilised probleemid on peenemad. On oht, et mõned geneetiliselt muundatud (GM) organismid võivad olla paremini kohanenud mingi niššiga looduses ja võtavad ära osa tavaliste liikide elupaigast.

Meetodid ja tehnoloogiad

Geenitehnoloogia hõlmab mitmeid erinevaid tehnikaid. Mõned peamised on:

• Rekombinantne DNA ja vektorid: uued DNA-d liidetakse sageli plasmidide või viirusepõhiste vektorite külge ja viidakse peremeesorganismi rakku, kus neid ekspresseeritakse või integreeritakse genoomi.
• Transformatsioonimeetodid: DNA siseneb rakkudesse kas Agrobacterium-vahekorra, bakteriaalse transformatsiooni, biolistika (gene gun), mikroinjektsiooni või electroporationi abil.
• Geenide välja lülitamine ja sihtimine: geene saab määratletult eemaldada või "välja lülitada" (nagu osutatud siin ja siin) kasutades spetsiaalseid nukleaasidena toimivaid ensüüme, näiteks tsinksõrme nukleaasid (ZFNs), TALEN-e või kaasaegsemat CRISPR–Cas-süsteemi.
• Geeni sihistamine (targeted recombination): tehnika, mis kasutab rekombinatsiooni muutuste sisseviimiseks, näiteks eksoonide eemaldamiseks, geeni asendamiseks või muteerimiseks.
• RNA-põhised lähenemised: RNAi (RNA-interferrents) võimaldab geeniekspressiooni summutada ilma DNA järjestust muutmata. Seda kasutatakse nii põhiteaduses kui ka pindalaga seotud rakendustes.
• Geenidraivid ja muud uued tööriistad: mõned arendused võimaldavad muudetud alleelide kiiret levikut populatsioonis (geenidraivid) — need tõstatavad eraldi bioloogilisi ja eetilisi küsimusi.

Kasutusalad ja näited

• Meditsiin: insuliini ja inimese kasvuhormooni tootmine geneetiliselt muundatud rakkudes, rekombinantsed vaktsiinid, monoklonaalsed antikehad, geeniteraapia haiguste raviks ja diagnostilised tööriistad.
• Põllumajandus: saagikuse suurendamine, vastupanu kahjuritele (näiteks Bt-kultuurid), herbitsiiditaluvus, parendatud toiteväärtus (nt "Golden Rice" tüüpi projektid) ning vastupidavus haigustele ja stressile.
• Tööstus: ensüümid pesuvahendites ja toidutööstuses, biokütused, biolagunditavad materjalid ja kemikaalide tootmine mikroorganismide abil.
• Teadusuuringud: geneetiliselt muundatud mudelorganismid (näiteks hiired, sebrakala) aitavad uurida geenide funktsioone ja haiguste mehhanisme.

Ajalooline ülevaade

Esimesed geneetiliselt muundatud bakterid loodi 1973. aastal ja varased geneetiliselt muundatud hiired järgnesid 1974. aastal. 1982. aastal jõudis turule rekombinantinsuliin, mis on üks silmapaistvamaid meditsiinilisi saavutusi geenitehnoloogia vallas. 1990ndatel algas geneetiliselt muundatud taimede kommertsialiseerimine ning alates 1994. aastast on turul olnud GMO-tooteid.

Riskid, etikaküsimused ja majandus

Geenitehnoloogia kasutamine toob kaasa nii kasu kui ka riske. Peamised probleemipunktid on:

• Ökoloogilised riskid: geneetiliselt muundatud organismide levik looduses võib mõjutada looduslikke elupaiku, tekitada „superkahjurtõrjeid” või põhjustada resistentsuse arengut sihtorganismides.
• Terviseriskid: hoolimata ulatuslikust testimisest on avalikus diskussioonis küsimusi allergeensuse ja pikemaajaliste mõjude kohta. Regulatsioonid nõuavad riskihindamist ja järelkontrolli.
• Eetika: mure geenimanipulatsiooni, loomade heaolu, inimgenoomi muutmise ja geneetilise ebavõrdsuse pärast.
• Majandus ja intellektuaalomand: tehnoloogiate ja muudetud seemnete patenditamine võib piirata põllumajandustootjate õigusi, tekitades majanduslikke ja õigluse küsimusi.

Regulatsioon ja ohutus

Paljudes riikides on geenitehnoloogia ja GMOd reguleeritud, nõudes riskihinnangut, labori- ja keskkonnakaitsemeetmeid ning sageli ka avalikku teavitamist ja märgistamist. Regulatsioonid erinevad riigiti: mõned nõuavad rangeid heakskiitmenetlusi ja märgistamist, teised lubavad piiratumalt. Teaduslikud asutused ja reguleerivad organid hindavad ohutust teaduslike andmete põhjal.

Tulevikusuunad

Uued tehnoloogiad, näiteks CRISPR–Cas geeni-redigeerimissüsteemid, võimaldavad täpsemaid ja odavamaid muudatusi. See avab võimalusi inimhaiguste raviks, toidutootlikkuse suurendamiseks ja keskkonnaprobleemide lahendamiseks, kuid nõuab hoolikat eetilist ja regulatiivset kaalumist. Samuti on aktiivselt uurimisel meetodid, mis võimaldavad editatsioonide tehtud muudatusi tagasi võtta või piirata nende levikut (nt lõigatavad geenidraivid, bioloogilised sisendid ja turvakatted).

Kokkuvõte

Geenitehnoloogia on mitmekesine ja kiiresti arenev teadusvaldkond, mis hõlmab nii geenide sissetoomist ja välja lülitamist kui ka täpset geeni redigeerimist ning RNA-põhiseid meetodeid. Selle rakendused on suured — alates meditsiinist ja põllumajandusest kuni tööstuse ja põhiuuringuteni — kuid sellega kaasnevad ka märkimisväärsed eetilised, ökoloogilised ja majanduslikud väljakutsed. Teaduslikud, regulatiivsed ja ühiskondlikud arutelud aitavad kujundada, kuidas neid tehnoloogiaid ohutult ja õiglaselt kasutada.

Küsimused ja vastused

K: Mis on geenitehnoloogia?

K: Milliseid tehnikaid kasutatakse geenitehnoloogias?

K: Mis on geneetiliselt muundatud organism (GMO)?

K: Millal loodi esimesed GMOd?

K: Kuidas on kasutatud geenitehnoloogilisi meetodeid?

K: Milliseid vastuväiteid on esitatud geenitehnoloogia kasutamise kohta?

K: Kes on saanud Nobeli preemiaid oma töö eest geneetika valdkonnas?

Otsing