Rośliny transgeniczne – rola markerów

Na raka prostaty wskazuje specyficzny antygen sterczowy, a pewne fragmenty białkowych elementów to markery obrotu kostnego, pozwalające na szybką ocenę tempa zmian w kościach. Markery danej choroby są więc substancjami produkowanymi przez komórki nowotworowe – różne białka, hormony, cząsteczki cukrowe – a ich obecność wykrywa się w płynach ustrojowych. Można dzięki nim rozpoznać nowotwór i określić jego rodzaj, obserwować rozrost i postępy terapii.

Nowotwór to tkanka rozrastająca się wskutek zmian patologicznych w sposób niekontrolowany. Złośliwy staje się wtedy, gdy ta patologia rozpoczęła rozmnażanie, tworząc klony zmutowanych komórek. O tym, że komórka jest zmutowana, wiadomo, bo protoonkogeny, czyli geny kodujące normalne białka, uległy w niej przekształceniu w onkogeny – nową wersję genów kodujących... zniekształcone białka. I właśnie onkogeny oraz ich produkty to markery wyraźnie wskazujące na nowotwór.

Nic jednak w naturze nie jest proste, toteż i rola markerów nowotworowych do końca nie jest przejrzysta, a mówiąc wprost jest ograniczona. No bo jak rozróżnić, czy pewien charakterystyczny marker oznacza raka, czy prawidłową ciążę, skoro w jednym i drugim przypadku jest nim tzw. gonadotropina kosmówkowa? A poza tym niektóre markery związane są z różnymi rodzajami raka, a w niektórych postaciach raka obecności markerów w ogóle się nie stwierdza. Niemniej w wielu przypadkach stanowią one bardzo ważną pomoc diagnostyczną.

Największą rolę pełnią jednak markery genetyczne, a to już sprawa niesłychanie skomplikowana i niosąca otchłanne implikacje, bo stanowi podstawę inżynierii genetycznej. Dobry przykład markera genetycznego pokazano nam w filmie Park Jurajski. Genetycy tworząc klony dinozaurów z gdzieś tam odnalezionej tkanki tych gadów, zabezpieczyli się przed ewentualnym niebezpieczeństwem grożącym z ich strony w ten sposób, że z komórki macierzystej wyizolowali tryptofan – jeden z kluczowych aminokwasów do syntetyzowania białka. Wskutek tego dinozaury mogły żyć tylko pod warunkiem, że dostawały ten aminokwas w paszy, były więc wciąż na oku i nie mogły się swobodnie rozpleniać. Gdy potem pojawiły się dinozaury dzikie, tryptofan był markerem wskazującym na klony, toteż odróżnienie ich było już proste.

Wielkie znaczenie mają markery genetyczne w tworzeniu roślin genetycznie zmodyfikowanych, zwanych transgenicznymi. Wśród nich poczesna rola przypadła markerowi, którym jest gen oporności na antybiotyk.

Człowiek od zawsze marzył o udoskonalaniu istniejących gatunków i tworzeniu nowych. Żeby pomidory nie miękły po zerwaniu z krzaka, tylko były twarde przez wiele dni i odporne na warunki klimatyczne, żeby jedząc pomarańcze, nie trudzić się wypluwaniem pestek, żeby po jabłka nie sięgać wysoko, tylko zrywać je jak winogrona itd.

Udoskonalanie metodą selekcji naturalnej to strasznie długa droga, a współczesny człowiek jest pełen niecierpliwego pośpiechu. Wymyślił więc, że najlepiej by było przenieść konkretny gen z jednej rośliny do drugiej. Ale jak to zrobić? Jak wyciąć i przenieść gen, którego nie można zobaczyć gołym okiem, do tak samo niewidocznego chromosomu innej rośliny? Z tym niełatwym problemem poradził sobie człowiek dopiero po kilku latach. Wycinanie genów stało się możliwe dzięki odkryciu enzymów restrykcyjnych. Takich enzymów – nożyczek, które patrolują nieustannie nici DNA, wyszukują w nich miejsca uszkodzone, wycinają nieprawidłowe ich fragmenty i rekonstruują je, sięgając po cząsteczki z najbliższego otoczenia. Enzymy takie są też w bakteriach i służą do obrony przed wrogiem – wycinają DNA mikrofagów i wirusów, które je zaatakowały.

Przy pomocy tych enzymów nauczono się więc wycinać fragmenty DNA.

Pozostawał jeszcze problem z ich przeniesieniem i wmontowaniem w jądro innej komórki. Potrzebny był jakiś nośnik, na którego grzbiecie gen, który pragniemy przenieść, wniknąłby do jądra komórki konkretnej rośliny. Nośnikami takimi okazały się retrowirusy, bo mają niebywałą łatwość wnikania do obcych komórek.

Retrowirusy się oczyszcza, odbierając im patogenny charakter, usuwa się im własne geny – z wyjątkiem tych odpowiedzialnych za wnikanie – i wmontowuje w ich miejsce pożądane geny. Taki retrowirus – zwany wektorem – przenosi dowolne geny do komórek roślin, zwierząt lub ludzi – leczy się tą metodą np. niektóre wady wrodzone dzieci. Ale potrzebny jest jeszcze jakiś marker, który pozwoliłby śledzić losy wprowadzanego genu, zorientować się, czy „transfer” się udał. Najczęściej takim markerem jest gen oporności na antybiotyk. I z tym jest cała awantura.

Antybiotyki produkowane są m.in. przez bakterie, które, by nie ulec ich zabójczemu działaniu, wytworzyły sobie na nie oporność; konkretne szczepy na konkretny antybiotyk. Przekazują sobie tę cechę w rodzinie, a wymiana materiału genetycznego przebiega w sposób bardzo prosty – z komórki do komórki. Dzięki temu wytwarzany antybiotyk im nie szkodzi, a wręcz przeciwnie – uodpornia na warunki środowiskowe.

Cały proces transformacyjny polega więc na: wycięciu z komórki jakiegoś organizmu konkretnego fragmentu DNA, wyizolowaniu pożądanych genów, namnożeniu ich, dołączeniu markera i wprowadzeniu go do innego organizmu tak, by mógł odczytywać te namnożone geny. Tak spreparowane komórki, rozwijają się w obecności genu oporności na antybiotyk. Teraz jest jasne, dlaczego właśnie ten marker wybrano.

– Ależ w ten sposób w każdej roślinie transgenicznej jest pełno antybiotyków! – mówią przeciwnicy tej metody. – To tylko neomycyna – odpowiadają zwolennicy. Neomycyna, czyli antybiotyk wszechobecny w naturze; wielkie jego ilości znajdują się np. w gnoju świń.

Jednakże eksperci rządowi z Kanady, Japonii, Szwajcarii i Stanów Zjednoczonych, zapragnęli ocenić bezpieczeństwo upraw zawierających markery oporności na antybiotyki – nie tylko na neomycynę, lecz także na ampicylinę, streptomycynę i spektynomycynę. Stwierdzili, że żadnego niebezpieczeństwa nie ma, niemniej markery genowe oporności na antybiotyki należy wycofać. Trudno powiedzieć jakie powody zadecydowały o podjęciu takiej decyzji. Oficjalne komunikaty na ten temat milczą.

Próby modyfikowania roślin podjęto ponad 30 lat temu, a dziś rośliny transgeniczne otaczają nas powszechnie. Pierwszy pojawił się na rynku pomidor (w 1994 r. w USA), potem już poszło lawinowo – ziemniaki, owoce cytrusowe, papryka, buraki cukrowe, rzepak itd. Soja i kukurydza wyparły nawet gatunki klasyczne. Modyfikowane są rośliny ozdobne – petunia, mieczyk, narcyz, lilia i wiele innych.

Rośliny transgeniczne są odporne na szkodniki i herbicydy (środki niszczące chwasty), ładniejsze i trwalsze. Ale słychać głosy, że to one są odpowiedzialne za coraz bardziej rozpowszechniające się alergie, a winowajcą ma być obce, wprowadzone do nich białko. To wszystko ma się źle skończyć, bo człowiek łamie odrębność gatunkową – to, czego natura strzegła z takim zdecydowaniem. Krzyżowanie międzygatunkowe jest w naturze niezwykle rzadkie, a transgenika nie tylko przenosi geny z jednego gatunku na drugi, ale narusza nawet granice rodzajów. Na przykład u pewnego gatunku flądry wykryto związek chemiczny, zapobiegający jej zamarzaniu. Gen nadający tę cechę przeniesiono do pomidorów, dzięki czemu stały się tak odporne na chłód, że można je hodować poza normalnym okresem wegetacyjnym.

Dziś jeszcze można odróżnić rośliny zmodyfikowane od naturalnych, ale co będzie, jak wszystko się pomiesza? Gdy np. powstaną superchwasty, bo przejmą gen oporności na herbicydy? Ostrzeżeń jest dużo więcej, ale też faktem jest brak dowodów negatywnego wpływu żywności transgenicznej na ludzki organizm; z drugiej strony nie dowiedziono też jej całkowitej neutralności.

Na razie odróżnić gatunki zmodyfikowane od naturalnych można dzięki markerom genetycznym. Sporządza się mianowicie mapy genetyczne, przedstawiające liniowe uporządkowanie genów, a punktem odniesienia, pozwalającym ustalić położenie różnych genów, są markery. Takie znaki drogowe pozwalające znaleźć poszukiwany gen.

W Polsce, w Instytucie Sadownictwa i Kwiaciarstwa opracowano wiele takich markerów. Pełnią one tę samą rolę, co tryptofan u dinozaurów – wskazują palcem na mieszańca.

Tekla Komorowska