Marcin Błaszczyk Biologia I genetyka

Hemofilia, daltonizm, anemia sierpowata – zostały częściowo 
omówione wcześniej.
Zespół łamliwego chromosomu X – powielenie części genu FMR1 na 
długim ramieniu chromosomu X. Gen ten koduje jedno z białek 
koniecznych do prawidłowego rozwoju synaps. Uszkodzenie prowadzi do 
zaburzeń rozwoju umysłowego, uczenia się i zapamiętywania. Ponadto 
występują: nieśmiałość, autoagresja, pociągła twarz i wypukłe czoło, 
odstające uszy, zez, wystająca żuchwa, zaburzenia rozwoju stawów, 
szmery sercowe, refluks żołądkowo-przełykowy, padaczka, zaburzenia 
równowagi, drżenie mięśniowe. U chłopców występuje z częstością 
ok. 1/2
800, u dziewcząt 1/5
000. 
3.2.11. Inżynieria genetyczna 
Już tysiące lat temu zauważono, że na cechy hodowanych zwierząt czy 
uprawianych roślin można wpływać umiejętnym doborem osobników do 
rozmnażania. Jeśli pożądaną cechą była duża masa mięśni bądź tłuszczu 
lub też odporność na warunki klimatyczne – wystarczyło wybierać 
osobniki o najbardziej wyrażonej tej cesze, aby zwiększyć prawdopo-
dobieństwo otrzymania potomstwa o równie nasilonej, pożądanej cesze. 
Wybierając z tego potomstwa osobniki do dalszego rozmnażania pod 
takim samym kątem – stopniowo otrzymywano, np. bydło czy zboża coraz 
bardziej odpowiadające oczekiwaniom. Taki mechanizm jest przykładem 
doboru naturalnego opisywanego przez Darwina, przy czym tempo 
przekształcania się gatunku jest bardzo szybkie, wskutek ściśle 
ukierunkowanej presji i konsekwentnej eliminacji mniej pożądanych cech, 
a wyborze do rozmnażania wyłącznie osobników „najlepszych”. Efektem 
takiego postępowania, z punktu widzenia genetyki populacji, jest szybka 
eliminacja alleli determinujących cechy (dla hodowcy) niekorzystne, 
natomiast promowanie alleli determinujących cechy „korzystne”; jeśli 
pojawiłaby się mutacja utrudniająca życie w naturze, ale korzystna 
z punktu widzenia hodowcy – taki allel również będzie promowany. 
Zatem w przebiegu hodowli następuje zmiana puli genowej populacji, 
a każda ukierunkowana hodowla – od ok. 15
000 lat w przypadku psów, 
ok. 8-10 tys. lat w przypadku owiec, krów, świń, kóz – jest manipulacją 
genetyczną. 
Obecnie posiadamy narzędzia umożliwiające dokonywanie modyfikacji 
genetycznych nie na drodze żmudnej, trwającej setki lat ukierunkowanej 
hodowli, ale na natychmiastowej modyfikacji genotypów przez 
wbudowywanie genów determinujących pożądane cechy. 

---

110 
Inżynieria genetyczna operuje na cząsteczkach kwasów nukleinowych. 
Nie ma możliwości, aby dokonywać pożądanych zmian w bezpośredni 
sposób, używa się więc jako narzędzi enzymów i szczególnych rodzajów 
DNA bakteryjnego czy wirusowego.
W celu obróbki materiału genetycznego, np. konkretnego genu, należy 
przygotować dużą jego ilość. W tym celu wykorzystuje się techniki 
klonowania. W tym celu przy użyciu specyficznych enzymów restryktaz 
wycina się interesujący gen z cząsteczki DNA. Restryktazy przecinają 
wiązania fosfodiestrowe w okolicy sekwencji palindromowych. Dokonują 
tego nie w obu niciach równolegle, ale z przesunięciem o kilka 
nukleotydów, zatem z obu stron wyciętego fragmentu DNA otrzymujemy 
krótkie odcinki niesparowanej, pojedynczej nici DNA, wykazujące 
tendencję do parowania się z komplementarnymi sekwencjami – 
tzw. lepkie końce. 
Tą samą restryktazą działa się na koliste DNA bakteryjne – tzw. 
plazmid. Ulega on przecięciu w dokładnie takim samym miejscu, co 
wcześniej opisana cząsteczka, ponieważ używa się takiej samej 
restryktazy o specyficznym działaniu, co w przypadku wycięcia genu. 
Również tu otrzymujemy lepkie końce, komplementarne z lepkimi 
końcami genu. Po wprowadzeniu odcinka DNA z interesującym nas 
genem w pobliże przeciętego plazmidu – komplementarne, lepkie końce 
obu fragmentów DNA łączą się przy udziale ligazy. W ten sposób 
otrzymujemy plazmid zawierający fragment DNA będący genem, który 
chcemy skopiować w dużej ilości.
Odcinki DNA, których używa się do przenoszenia genów – takie jak 
plazmidy – nazywa się wektorami. Zrekombinowany wektor (z wbudo-
wanym genem) wprowadza się do komórki gospodarza (np. bakterii), po 
czym zapewnia się mu odpowiednie warunki do namnażania się. W celu 
otrzymania czystej kultury wyłącznie tych bakterii, które są nosicielami 
interesującego nas genu, można np. dodatkowo wbudować im gen 
warunkujący odporność na konkretny antybiotyk. Po zadziałaniu tym 
antybiotykiem na wymieszane kultury bakterii – przeżyje tylko wybrany 
szczep. Dzięki namnożeniu bakterii w dużej liczbie uzyskujemy liczne 
kopie interesującego nas genu. 
Jako wektory używane są często również wirusy – np. bakteriofag λ, 
infekujący E. coli. Istnieją biblioteki genomowe ze zrekombinowanym 
DNA bakteriofagów λ. 

---

111 
Reakcja łańcuchowej polimeryzacji pozwala na uzyskanie bardzo 
licznych kopii genów. W tym celu wielokrotnie przeprowadza się 
replikację wybranego fragmentu DNA, w której za każdym razem 
skopiowana nić DNA jest matrycą w następnej replikacji. Proces ten 
przeprowadza się w wysokiej temperaturze, w której DNA jest 
jednoniciowe ze względu na denaturację. 
Hybrydyzacja kwasów nukleinowych jest techniką łączenia 
jednoniciowych cząsteczek kwasów nukleinowych (DNA i/lub RNA) 
w dwuniciowe hybrydy. Metoda ta wykorzystywana jest do identyfikacji 
specyficznych sekwencji kwasów nukleinowych: do jednoniciowej 
tzw. sondy o znanej sekwencji przyłącza się cząsteczka kwasu 
nukleinowego o sekwencji komplementarnej. 
Technika mikromacierzy DNA jest rozwinięciem hybrydyzacji 
kwasów nukleinowych. Polega na umieszczeniu na mikromacierzy 
tysięcy sond DNA różniących się nieznacznie (np. jednym nukleotydem) 
od siebie. Dzięki np. znaczeniu fluorescencyjnemu, można łatwo 
wychwycić te, z którymi związały się (utworzyły dwuniciowe hybrydy) 
badane próbki kwasów nukleinowych. Metoda ta pozwala na szybkie 
przebadanie tysięcy genów.
Przykładem bezpośredniego zastosowania inżynierii genetycznej są 
terapie genowe. Skierowane są one na zwalczanie chorób, których 
przyczyną są nieprawidłowe allele konkretnych genów. Terapie genowe 
zasadniczo polegają na próbie zastąpienia nieprawidłowych alleli – 
prawidłowymi. Dzięki opisanym powyżej technikom, dysponujemy 
prawidłowymi allelami tych genów, należy je jednak wprowadzić do 
wystarczającej liczby komórek ciała pacjenta. W tym celu można pobrać 
próbkę jego komórek, wprowadzić do ich DNA prawidłowy allel, po 
czym wszczepić je z powrotem do tkanki, w której spełniają swą funkcję. 
Jeśli jednak trzeba zadziałać na dużym obszarze (wielu tkanek) – należy 
użyć wektora, który gen przeniesie do jak największej liczby komórek 
in vivo. Wykorzystuje się do tego wirusy o zrekombinowanym DNA, 
zawierającym pożądany gen, lecz pozbawione genów warunkujących ich 
zdolność do namnażania się. Terapie takie przeprowadza się np. 
w przypadku mukowiscydozy lub niedoboru deaminazy adenozyny 
(S C ID / A D A – ciężki niedobór immunologiczny). Jednak najczęściej 
metodę tę stosuje się w przypadku chorób nowotworowych: przenoszony 
w tym przypadku gen ma spowodować śmierć komórki nowotworowej, 
ale nie innych.

---

112 
Poza terapiami genowymi, inżynieria genetyczna jest stosowana 
w medycynie jako narzędzie pozwalające na produkcję leków – przez 
namnożone mikroorganizmy o zmodyfikowanym DNA. Pierwszym 
lekiem wyprodukowanym w taki sposób była syntetyczna ludzka insulina, 
zarejestrowana w roku 1982. Kolejnymi były m.in.: ludzki hormon 
wzrostu oraz szczepionka przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby 
typu B.
Inne, poza medycyną, dziedziny stosujące technologie inżynierii 
genetycznej to przede wszystkim rolnictwo (uzyskiwanie odporności 
zwierząt i roślin na choroby i warunki klimatyczne, przyspieszenie 
wzrostu dzięki wprowadzeniu do DNA alleli genów warunkujących 
korzystne cechy), paleontologia, historia i kryminalistyka (identyfikacja 
próbek biologicznych). 

---

113