GMO. Tři písmena, která děsí obyčejné lidi a inspirují vědce. Někteří se bojí, že se kvůli transgenní potravě staneme neplodnými a vymřeme, jiní sní o možnosti nakrmit celý svět a navždy porazit nedostatek vitamínů. Tyto obavy jsou většinou neopodstatněné a sny se ještě nerealizovaly. První krok k uskutečnění svých strašlivých nočních můr nebo nejdivočejších fantazií ale můžete udělat už dnes – sady pro domácí genetické inženýrství se začaly prodávat. Je čas shromáždit recepty v „kuchařce pro mladé biohackery“! Na začátek si popíšeme jeden báječný recept na použití biotechnologické sady, vycházející ze skutečné historie vzniku transgenních sójových bobů. Bude to pouze náš příběh o transgenních tuřínech.
Proč to všechno?
Tuto otázku se vyplatí položit před zahájením jakéhokoli více či méně smysluplného podnikání. A pokud jde o vyšlechtění geneticky unikátního organismu, pak ještě více. Pokud chcete chovat růže, které zabíjejí jedy – blokátory dýchacího řetězce každého, kdo se píchá do trnů – tak budiž. Pokud uvažujete o chovu tuřínu, který produkuje rybí tuk bez ryb, jen vás podpoříme. Protože naši redaktoři jsou pro světový mír, zaměříme se na variantu s tuřínem.
Čí geny budeme transplantovat?
Aby náš tuřín produkoval rybí tuk, můžete mu zkusit transplantovat gen lososa, který kóduje protein produkující omega-3 mastné kyseliny*. Je ale dost možné, že u lososa závisí produkce zdravého tuku na celé kaskádě bílkovin a bude potřeba transplantovat tucet genů najednou. A je možné, že lososové proteiny nebudou fungovat také – biochemie je příliš odlišná. Abyste našli ideálního dárce genu, budete muset pročesat nesčetné množství stránek vědeckých článků. A jak se často stává, kdo hledá, najde. Rostliny jsou vědě známé, že produkují omega-3 mastné kyseliny. Je o tom článek a v něm píšou, že některé prvosenky (běžně známé jako prvosenky) mají ve svých květech dva proteiny, které jsou zodpovědné za tvorbu omega-3 mastných kyselin. Známé jsou také geny, které tyto proteiny v primrosách kódují. A tyto geny se nacházejí i v houbách rodu Neurospora. Prvosenka je ale bližší příbuzný, a proto se vyplatí vybrat si jako primárního dárce.
*Omega-3 nenasycené mastné kyseliny – to je dlouhá fráze, kterou chemici nazývají organické kyseliny, které mají dvojnou vazbu za třetím atomem uhlíku od konce. Omega-3 kyseliny mohou mít dvojné vazby v jiných polohách, pak se nazývají polynenasycené. Tyto mastné kyseliny jsou nezbytné pro zdravý růst, vývoj a fungování našeho těla. Jejich nedostatek je spojen s rozvojem klinické deprese, usazováním cholesterolových plaků a pravidelná konzumace je spojena s prodlužováním délky života. Naše vlastní buňky nedokážou produkovat omega-3 mastné kyseliny, proto je musíme konzumovat s jídlem. Ve velkém množství se nacházejí v tuku mořských ryb.
Výprava za geny
Dárce genu pro tuřín, který zásobuje vegany po celém světě rybím tukem nerybího původu, žije v podhůří Kordiller. Budeme se muset vydat na cestu, abychom získali naše geny. S balením kufrů nespěchejte – zasaďte nejprve tuřín, abyste později měli kam přesadit geny. Byli jste uvězněni? Skvělé, můžete letět pro dárcovskou prvosenku. Nezapomeňte se vyzbrojit papírenským děrovadlem, malými sterilními zkumavkami Eppendorf a 70% roztokem alkoholu. Tuto sadu lze nazvat „startovací balíček pro mladého genetického inženýra“. Globální databáze biodiverzity GBIF* nám prozradí, kde se dárce genu skrývá, kde a kdy byl naposledy zaznamenán – začněte hledat z tohoto místa. A ejhle, úspěch na první pokus! Před vámi je cenná prvosenka. Neztrácejte klid: vezměte pevnou rukou děrovačku a klidně ji použijte k vyvrtání děr do listu. V plechu byla díra a v děrovači kruh. Tento kruh je třeba vložit do malé zkumavky, kterou jste si vzali s sebou, a naplnit vše alkoholem.
*GBIF je databáze, která zaznamenává, které druhy organismů se kde a kdy setkaly. S pomocí GBIF můžete najít i vorvaně nebo růži z Jericha.
Tři kouzelná písmena
Vybraný kruh obsahuje několik tisíc buněk. Každá buňka obsahuje kopii cenného genu. Ale jak to odtamtud dostat? K tomu je genetický materiál zaslán třem senzačním dopisům – PCR*. Tato reakce vám umožňuje vytvořit nesčetné množství kopií jakéhokoli fragmentu DNA, stačí si vybrat správné ingredience. Do kotlíku vhodíme správně vybrané primery, enzym-polymerázu a zásobu nukleotidů. Posledním dotekem je opatrně rozdrtit kruh z děrovačky a poslat jej do kotle PCR. Tady se děje kouzlo: primer hledá komplementární oblast v genomu dárce a naváže se na ni, čímž vytvoří jakousi dráhu pro DNA polymerázu. Polymeráza vidí primer, sedne si na něj a začne nýtovat kopii požadovaného genu. V různých fázích procesu buď zahříváte nebo chladíte zkumavku, ve které se tato molekulární alchymie odehrává.
*PCR – polymerázová řetězová reakce. Vynález z 1980. let, který svému autorovi vynesl Nobelovu cenu za chemii. Tato reakce je jedním z nejrychlejších a nejúčinnějších způsobů, jak získat neomezený počet kopií požadovaného genu. Schéma reakce je poměrně jednoduché. Nejprve musíte vybrat úsek DNA, ze kterého musíte „zkopírovat“ fragment DNA a syntetizovat primer – krátký jednovláknový fragment DNA, komplementární (pamatujete na školní mantru A-T, G-C?) k tomuto cílovému místu. . Enzym DNA polymeráza, který je zodpovědný za kopírování DNA, pomocí primeru „pochopí“, který gen v dlouhém řetězci slouží jako jeho cíl. Pro názornost si můžete představit, že DNA je velká kniha, gen je malý odstavec, primer je záložka a DNA polymeráza je kopírovací stroj. Chybí už jen inkoust (papír, chcete-li), který udělá kopii. Jsou to nukleotidy – strukturní jednotky (stejné A, T, G a C), písmena samotné knihy DNA, jejíž kopie fragmentu musí být vytvořena pomocí PCR.
Kouzelná hůlka
Nyní je čas vytáhnout kouzelnou hůlku. Ne bez černý, ale tyčinkovitá bakterie Agrobacterium tumefaciens – hlavní spojenec genetického inženýra. Přísně vzato je tato bakterie také genetickým inženýrem. Dokáže vložit geny ze svého plazmidu* do rostlinného genomu, což způsobí vznik nádorů, jejichž buňky produkují živiny pro tyto bakterie. Vědci se naučili vložit geny do plazmidu pro agrobakterie, které sami chtějí integrovat do rostlin. Pomocí sady enzymů přetváříme plazmid: vložíme do něj gen vyvinutý z prvosenky, všijeme pár genů, které zajišťují rezistenci vůči antibiotikům u bakterií, a další – rezistenci vůči třetímu antibiotiku u rostlin. Po molekulárním štěpení vytvoříme mnoho kopií našeho plazmidu pomocí E. coli** (toto dělají téměř sami a velmi ochotně). Pak vložíme plazmidy do buněk Agrobacterium tumefaciens, které neměly čas získat vlastní plazmidy. Zabíjíme bakterie, které nebylo možné modifikovat antibiotiky, vůči nimž byl plazmid zabudován. Ve výsledku přežijí jen ti odolní – ti, kterým byl transplantován gen pro rybí tuk. Pak ji můžete přesadit do tuřínu.
*Plasmid je malá molekula DNA, která je oddělena od hlavního genetického materiálu obsaženého v chromozomu. Lidé je nemají, ale často se nacházejí v bakteriích.
**E. coli je oblíbeným mazlíčkem mikrobiologů, biotechnologů, genetiků a zástupců dalších oborů biologie. Nazývá se Escherichia (lat. Escherichia) na počest Theodora Eschericha, mikrobiologa z tehdejšího Rakouska-Uherska. Sám Escherich ji izoloval z výkalů zdravých lidí a nazval ji Bacterium coli, tedy E. coli v překladu z latiny. Mimo vědecký svět se tak stále často nazývá.
Transplantace genu
Měli jsme dárce genu – XXX. Jako zprostředkující vektor jsme zvolili Agrobacterium. Nyní je čas připravit příjemce – tuřín. Během svých cest a molekulárních manipulací se jí podařilo vyrůst. Ale nemůžete jen transplantovat gen do tuřínu. Je nutné od něj izolovat kalus. Tak se nazývají rostlinné kmenové buňky. Chcete-li to provést, vezměte sterilní skalpel a odřízněte stonek. Brzy se na něm objeví nazelenalá viskózní kapalina – to je kalus. Je třeba ji přesadit na živnou půdu. A pak přidejte agrobakterie do kalusové kultury. A udělejte to 20krát za sebou: zasaďte 20 šálků kalusu, aby byl silnější, a do všeho přidejte bakterie. Vášeň se rodí v nasazených Petriho miskách, které je nejlepší nechat nerušené.
Čekali jsme. Pokud jste nepracovali velmi sterilně, pak se u některých kelímků vytvoří plíseň nebo něco jiného podivného – k likvidaci. Zbývající Petriho misky, které se nezdají být přerostlé, ošetříme všemi třemi antibiotiky. V pár Petriho miskách vše znovu zemře – k likvidaci. Ale v několika šálcích se život třpytí dál – tam se zřejmě genetická modifikace povedla. Transgenní kmenové buňky transplantujeme na další a další Petriho misky, nutíme je k dělení a následně se transformujeme v plnohodnotnou rostlinu. K tomu potřebují do kalíšku přimíchat některé hormony – auxiny a cytokininy*.
Z beztvaré buněčné hmoty se pomalu začíná vynořovat transgenní výhonek tuřínu. Bude velký a silný a rybí tuk v něm bude pro dědečka, aby netrpěl kardiovaskulárními chorobami, pro babičku, aby byla v pořádku nervová soustava, a pro nemocnou vnučku na imunitu. Ale je nepravděpodobné, že by štěnice ocenila GM tuřín, protože je to predátor.
*Auxiny a cytokininy – v rostlinách, podobně jako u zvířat, dochází k hormonální regulaci. Dvě hlavní skupiny fytohormonů jsou auxiny a cytokininy. Jejich působení je složité a mnohostranné, zejména v různých kombinacích, ale pokud to značně zjednodušíme, pak první (to znamená auxiny) podporují apikální růst (to znamená výhonky svisle nahoru a kořeny – dolů) a druhé (tj. jsou cytokininy) podporují růst do šířky. Aby z amorfní hmoty transgenních kmenových buněk vyrostlo něco jako tuřín, je třeba buňkám říci, jak a jakým směrem se mají dělit. Mediátorem v těchto jednáních budou hormony.
Pohádky jsou pohádky, ale západní obchody už prodávají soupravy pro domácí genetické inženýrství. Zpravidla se jedná o kompaktní centrifugy rotující s frekvencí 10 XNUMX otáček za minutu a přístroje pro PCR s regulací teploty a automatické pipety se sadou jednorázových špiček a misky pro pěstování buněk a bakteriálních vektorových kultur. A to je jen prvních pár položek z obrovského seznamu vybavení, které tyto sady obsahují. Mimochodem, cena není příliš pohádková. Zřízení domácí laboratoře bude stát tisíc nebo dva dolary.
