Genteknik

GENTEKNIK

Genen

Levande celler har förmågan att själva föröka sig. De måste därför kunna lagra information om hur denna reproduktion går till. En gen är den enhet som för över denna information om det genetiska arvet från en generation till en annan. Den utgörs av ett DNA-segment ur en kromosom.

En specifik gen består av en kodad sekvens, en exon, mellanliggande icke kodade sekvenser, introner, en reglerande del, promotor, som gör det möjligt att översätta koden, s.k transkription, samt ändstoppsekvenser. Nukleinsyroma i cellen är de molekyler som bygger upp dessa gener.

Nukleinsyroma byggs i sin tur upp av nukleotider. En nukleotid består av tre byggstenaren kvävebas, en pentosmolekyl och en fosfatgrupp. Det finns två nukleinsyror i cellen.DNA, deoxiribonukleinsyra, vars pentosmolekyl består av deoxiribos och RNA, ribonukleinsyra,vars pentosinnehåll utgörs av ribos. Varje nukleinsyra innehåller fyra stycken kvävebaser.

I DNA finns adenin(A), guanin(G), tymin(T) och cytosin(C). I RNA är tymin utbytt mot uracil(U). Dessa kvävebaser binds sedan samman i en speciell ordning där A endast förenas med T och C endast knyts till G.De bildar ett kvävebaspar.

Nukleotidema binds sedan samman till en polynukleotidkedja. DNA består av två kedjor sammanbundna av ett kvävebaspar i en s.k dubbelhelix (spiral). RNA består till skillnad mot DNA av en sträng. RNA finns i tre olika former:

ribosom-RNA, transport-RNA och budbärarRNA.

DNA har förmågan att tillsammans med RNA kopiera sig själv. Grunden för den genetiska informationen är alltså vilka nukleotider som ingår i DNA-molekylen, den inbördes ordningen och antalet.

Arvsmassa

En gens uppgift är i de flesta fall att styra tillverkningen av ett specifikt protein. En viss kombination av tre nukleotider, en triplett, motsvarar en speciell aminosyra i ett protein. Om man vill ta reda på hur följ den av aminosyror ser ut i ett visst protein, kan man undersöka hur ordningen på nukleotidema ser ut i motsvarande gen i kromosomen. För att göra detta måste man använda sig av genteknik.

Genteknik

Genteknik innehåller olika tekniker för att i laboratorier kunna studera DNA och RNA molekylerna. Detta görs för att få kunskap om genstrukturen, dess funktion och hur de regleras. Dessutom studeras hur överföringen av gener mellan olika individer av samma eller skilda arter kan ske.

Rekombinant DNA teknik, eller hybrid DNA teknik, handlar om att ändra arvsmassan på ett förutbestämt sätt genom s.k genmanipulation. Detta görs genom att främmande genetiskt material förs in i cellen med hjälp av olika tekniker.

Överföring till önskad cell kan göras genom att injicera DNA direkt i cellen, eller att låta ‘infektera’ cellen med ett virus i vilken man placerat önskade gener. Försök görs på både växter och djur och forskarna har även här undanröjt hindren att genmanipulera / korsa växter och djur.

Teknikerna är flera att kombinera gener med varandra. En är att använda sig av olika slags restriktionsenzymer, vilka klipper av DNA molekylen vid vissa bestämda sekvenser, olika för olika enzymer. Den sekvens man vill implantera klipps ut från motsvarande DNA-sträng. Om man använder sig av virus klipps bakteriofagens DNA upp på motsvarande sätt. Det utklippta genavsnittet klistras sedan in med ett enzym som heter ligas (ligera = förena). Ligas är också det enzym som reparerar våra kromosomer när de skadats av miljögifter.

Ett annat sätt att kombinera gener är att tillverka rekombinant-DNA från RNA. Budbärar-RNA isoleras och ett enzym -omvänt transkriptas- använder RNA som mall för att tillverka en RNA-DNAhybridmolekyl. RNA molekylen förstörs sedan i en alkalisk lösning.

För att bilda ett dubbelsträngat DNA används ett enzym som kallas polymeras. Ytterligare ett annat enzym ser till att DNA:t får s.k "sticky ends" till vilket önskat genavsnitt kan fogas. Dessa tekniker kan sammanfattas under namnet gensplitsning.

Kloning

Kloning är att framställa en genetisk kopia av en växt/djur. I växtvärlden utförs kloning i stor skala där man har som mål att söka renodla de egenskaper man anser sig ha mest nytta av. Ett exempel som man i regel inte tänker på som kloning är faktiskt potatisodling. Man sår ju inte potatis, utan använder sig faktiskt av en moderpotatis som klonar sig själv.

En annan teknik är vävnadskloning med hjälp av PCR-teknik. Där placerar man en vävnadsbit i en näringslösning. I den lösningen tillförs även ett tillväxthormon vilket gör att vävnadsbitens celler börjar dela sig. Till slut har cellldelningen nått embryostadiet och rottrådar eller skott utvecklas. Det är då möjligt att plantera ut den begynnande plantan. Dessa kloner ligger i regel på en 30%-igt snabbare tillväxt än fröplanterade.

På ett något mer komplicerat sätt har man även möj lighet att klona människor och djur. På 8-cells-stadiet har man möj lighet att gå in i det befruktade ägget och plocka ut ett antal celler, vilka senare placeras var för sig i andra ägg. De äggen får sedan bäras av surrogatmödrar, vilket kommer att resultera i ett antal genetiska kopior. Här finns också en möjlighet att renodla en eller flera kvalitéer som man anser vara nödvändiga.

Genom rekombinant DNA-teknik har man möjlighet att påverka arvsmassan då man kan tillföra eller ta bort egenskaper.

Transgena djur

Ett användningsområde har detta fått i framställandet av medicin. Gensplitsning som har beskrivits tidigare användes för att framställa insulin. Med hjälp av restriktionsenzym klipptes den DNA-sektion bort ur bukspottskörteln som svarar för insulinframställning. Samma enzym klippte sedan upp DNA:t hos en bakterie, Escherichia coli, och insulin genen klistrades in med ligasenzymet. Ur den bakterikultur som man sedan odlade fram kunde insulinet separeras.

Interferon är ett hormon som man tagit fram med bakterier som behandlats med mänskligt interferon. Interferon används för att bekämpa vissa virussjukdomar.

Man har även genmanipulerat får som förvandlats till levande medicintillverkare genom att producera mjölk som innehåller en koaguleringsfaktor, vilken används för att behandla blödarsjuka.

Andra mindre lyckade exempel är grisar som behandlats med mänskligt tillväxthormon för att bli större och magrare. Försöket lyckades, tyvärr drabbades grisarna även av ledinflammation. Produktion av hormoner, vaccin och enzymer med hjälp av DNAteknik forskas det idag på med stor intensitet.

HUGO

I HUGO (Human genome organization) som var ett internationellt projekt, startat på amerikananskt initiativ, hade man som syfte att kartlägga och sekvens bestämma hela det mänskliga genomenet. Här forskas det med hjälp av restriktionsenzymer. Av de 1200 restriktionsenzymer som finns klyvs kromosomer i segment om ca 40 000 baspar var. De kopplas sedan ihop med kosmider som är ett mellanting av plasmider och fager. Dessa förökas sedan i bakterier, alternativt jästsvampar vilket ger utrymme för längre sekvenser. Tanken med Hugo var att analysera de enskilda genernas kvävbasordning för att senare kunna bestämma, genom experiment, vad de har för uppgift eller vilket protein de producerar. Med elektrofores och s.k sekvenseringsautomater kan man få fram ordningen mellan kvävbasema och visualisera dem som en rad av de fyra bokstäverna eller som färgkoder med fyra färger. Projektet har numera slutförts med framgång

Elektrofores bygger på att proteinmolekylema och nukleinsyror har en laddning. Om man lägger en spänning över en proteinlösning kan man få molekylerna att vandra och på så sätt kan man få olika mönster. Detta görs på på ett tunt skick av speciella polymerer. Med sekvensanalys kan man sedan avläsa den genetiska koden.

En fråga som kanske kommer att få sin lösning är vad vi har för användning av de 99% av vårt DNA som inte kodar för proteiner. Populärt kallas denna del av arvsmassan för “skräp-DNA”. Dessutom skall man också kartlägga var i kromosomen de är belägna. En inte alltför enkel uppgift med tanke på att människans 100000 gener i genomsnitt består av l0000 baspar. Genom att jämföra DNA från friska och sjuka människor kan man få en uppfattning om var en viss sjukdomsgen sitter. Med hjälp av kartografi och sekvensering kan man sedan precisera genen och framställa s.k. genkartor.

Det positiva i detta projekt är att när väl genernas funktioner är kända, och man kommit fram till för vilka proteiner de kodar och hur de verkar i kroppen, kan man förstå och förutsäga ärftliga sjukdomar och kunna diagnostisera dem. Man har då också an annan möjlighet att kunna utveckla mediciner som direkt angriper sjukdomens orsaker.

Ett flertal företag har växt upp som arbetar på kontrakt från läkemedelsföretag, och vars uppgift är att hitta de gener som ligger bakom vissa folksjukdomar. Det ligger stora pengar i kunskapen om hur man effektivt kan angripa exempelvis cancer av olika former.

Vad ligger det för risker i denna kunskap om vår genetiska struktur? När väl allt är kartlagt, vem har då rätt till den informationen, och hur får den användas? Kan man tänka sig att mitt försäkringbolag kräver att jag genomgår en "genmapping" för att utröna om jag bär på några allvarliga ärftliga sjukdomar? Kan min arbetsgivare begära en sådan? Det blir många frågetecken!

Nyttigt och onyttigt

Vad är fördelarna och vad är nackdelarna med genmanipulation? Det är fortfarande många heta känslor kring detta att förändra någon del av vårt biologiska arv. Det beror på vad man förändrar anser jag, och varför man gör det.

Redan nu kan man behandla människor med sjukdomar och defekter med hjälp av genterapi. För kommersiellt bruk har man lyckats driva fram en högre tillväxttakt på både djur och grödor, vilka även i vissa fall ökat sin motståndskraft mot sjukdomar och skadeangrepp. I USA har man tagit fram två olika sorters tomater med hjälp av genteknik. Den ena kan man få att mogna när man vill och den andra är stöttåligare. När en tomat mognar omvandlas stärkelse till sackaros, den blir röd och mjuknar. För att detta skall ske utvecklar tomaten ett protein som stimulerar de enzym som får tomaten att mogna och bli röd. En annan grupp enzymer som bildas är de som bryter ned cellulosa och pektin i cellväggarna, vilket far tomaten att mjukna.

Den teknik som används bygger på att man satt in s.k anti- sense- gener. När en sådan avläses stoppas den proteinsyntes som skulle skapa dessa enzymer. I den ena tomaten har man satt in en antisensegen som kodar för det enzym som bryter ned pektin, och tomat en mjuknar långsammare. I den andra har man en antisensegen som kodar för etenbildningen. Den tomaten mognar inte förrän man behandlat den med eten.

Ett annat exempel är, för att öka frosttåligheten hos utsatta grödor har man gjort experiment där man fört in gener från en flundra i Atlanten i växter, vilket gjort att de klarar frostangrepp under några timmars längre tid än de gjort tidigare.

Risker

Riskerna med genmanipulation är långt ifrån utredda. Några exempel :

Hos bakterier har man hittat en gen som visat sig vara herbicidresistant mot ett speciellt ogräs bekämpningsmedel. Den genen har man sedan fört över till vissa växter som man velat odla. Tanken har varit att kunna använda bekämpningsmedlet som då skulle spara dessa växter, och istället ta kål på ogräset. Det har nu visat sig att växterna sprider just dessa resistenta gener till ogräset över en tvåårsperiod. Detta leder till, att i stället för att minska den kemiska ogräsbekämpningen, tvingas man istället att öka densamma.

En så kallad superlax med tre ggr. så snabb tillväxttakt har genom genmanipulation med tillväxthormon odlats fram i Kanada. Intresset för denna superlax är naturligtvis mycket stor från fiskodlare världen över. Vad kommer att hända då denna superlax kommer ut i det fria?

Från uppenbara risker till föreställningar och i viss mån oro inför detta med genmanipulerad föda finns ett exempel från Frankrike där fransmännen vägrade att lossa importerad majs från USA. Man befarade att det skulle innehålla genmodifierad majs. Först sedan man fått löften om att sändningen skulle vara märkt gav man med sig. För att kunna kontrollera detta måste man känna till den exakta DNA-sekvensen i den aktuella genen. Med kunskap om detta har man tagit fram molekyler som kan binda sig till denna gen. Idag har man möjlighet att identifiera närvaron av l gram genmajs/kg.

Den debatt som förs i och av media bygger ofta på detta att genmanipulerad mat är något farligt. Någon forskare i debatten anser också att vi ännu inte kan vara helt säkra på eventuella biverkningar utan bör avvakta klinisk forskning.

Hur ser då framtiden ut?

Det som inte känns alltför avlägset är att Hugo-projektet säkert kommer att bana väg för nya lösningar inom genterapi och genmanipulation. Möjligheter att kunna kartlägga enskilda individers genetiska sammansättning kommer att kunna ske med ett enkelt vävnadsprov, på både gott och ont.

Fosterdiagnostik sker redan för att kunna bestämma kön, och snart har man också möj lighet att kunna förutsäga äftligt betingade sjukdomar.

Med hjälp av genteknik kan man studera utdöda djur och växters genetiska sammansättning utifrån vävnadsrester, då DNA kan finnas kvar. DNA-molekylen tål nämligen torka kyla och värme mycket bra. Därifrån är kanske inte tanken på att kunna rekonstruera till exempel en mammut inte helt främmande.

Ett alternativ är att använda sig av PCR-teknik. Med Polymerase chain reaction kan man av ett litet DNA-fragment åstadkomma en mängd kopior. Vävnadsbiten läggs i ett substrat tillsammans med ett värmetåligt enzym (polymerase). Vid uppvärmning klyver sig DNA:t i sina två strängar. En startsekvens, primer, kopplas till strängändarna och uppbyggnaden av nya DNA molekyler startar med hjälp av polymeras. Detta upprepas till man fått tillräcklig mängd.

Andra användningsområden där man tillämpar denna teknik är bl.a inom rättsmedicin och inom arkeologin. Imom medicinen kan man med hjälp av PCR påvisa mutationer som kan leda till cancer, eller virus och bakterieinfektioner innan de har brutit ut. Metoden är så känslig att man kan upptäcka 10 bakterier bland en miljon celler.

Om man fann det kompletta DNA:t i någon vävnadsrest skulle man alltså med hjälp av PCR-teknik kunna klona tillräckligt med material för att det skulle räcka till för att placeras i ett elefantembryo. Det skulle sedan föras in i livmodern på en elefant, vilken då skulle föda en mammut. Science fiction? Vad sägs om att återuppväcka Darwin?

En annan sak som man kan fä svar på genom genforskningen är vad det är som styr celldifferentieringen under fosterutvecklingen. Varför utvecklas en del till hjärnceller andra till muskelceller osv, trots att de alla innehåller samma arvsanlag? Det finns cellmekanismer som aktiverar en del celler och hämmar andra, men dessa är inte kända i detalj. Forskning med sådana från början omogna stamceller är mycket aktuell i våra dagar.

Vad tycker jag då?

Jag säger som min gamla mor: – Man kan i alla fall inte klona själen!

Genteknik och genmanipulation har kommit för att stanna, oavsett vad vi tycker och tänker. Däremot har vi all möjlighet att påverka och delta i debatten kring detta. Det finns ingen anledning att acceptera avarterna av genmanipulation. För att kunna argumentera på ett vettigt sätt, måste man skaffa sig kunskaper inom området. Allt är definitivt inte av ondo!

Under den tid som jag arbetat med uppsatsen har nya upptäckter och rön gjorts.Det senaste var att franska forskare lyckats producera mänskligt hemoglobin i tobaksplantor. Lustigt nog, när jag satte mig ner för att finputsa det sista på uppsatsen, så kom också en skritt från ICA som informerade om genteknik och livsmedel. För mig var det en tydlig signal om att vi nu definitivt är på väg mot en ny tidsepok.

Ur skriften har jag saxat några tänkvärda rader:

Vad tycker ICA? Vi är mycket restriktiva till livsmedel som framställts med hjälp av genteknik, eftersom vi inte tycker att man ännu vet vilka konsekvenser det kan få för miljön, för allergikerna och djurhälsan. Dessutom väger ett antal etiska aspekter tungt. Det främsta är konsumenternas rätt att själva kunna välja. Det kräver långtgående information och märkning. De märkningsregler som nu fastställts av EU är inte tillräckliga för att vi skall kunna göra det fullt ut. Det gäller särskilt sedan EU givit tillstånd att till Europa importera genmodifierade sojabönor från USA, utan att dessa särhålles från traditionell soja.

Kommer vi verkligen att ha någon chans att välja vad vi vill äta, eller äter vi redan genredigerad föda? Gentekniken kan komma att visa sig vara ett tveeggat svärd, men låt oss hoppas att så inte blir fallet.

Skrivet av Björn Ä.