GENTEKNIK
Inom gentekniken kartlägger man var i kromosomerna de olika generna ligger och man avslöjar genernas utseende ner i minsta detalj. Dessa kunskaper öppnar möjligheter för oss att förändra och byta ut arvsanlag och att placera gener i andra organismer så att de kan arbeta åt oss. Studierna av människans gener ger oss en större chans att förstå och förebygga ärftliga sjukdomar. En människa med sjukliga gener kan få en chans att slippa insjukna. Det finns också risker med gentekniken. Många fruktar att gentekniken kommer att användas för att sortera bort människor med dåliga genetiska förutsättningar. Gentekniken är inte bara något som påverkar våra medicinska möjligheter, den påverkar även i allra högsta grad vår människosyn och vårt samhälle i helhet.
HYBRID-DNA-TEKNIK
Hybrid-DNA-tekniken utgör grunden i hela gentekniken. Den möjliggör att man fritt kan förflytta gener mellan en individ, ras eller art till en annan. Genom detta kan mottagaren få helt nya egenskaper. Organismer som mottagit främmande genetisk information kallas transgena organismer. I början använde man bara den här tekniken på lägre stående organismer t.ex bakterier och jästsvampar, men på senare tid har man även börjat tillämpa den på högre stående organismer inkl. växter och djur och t.o.m människor vilket man använder inom genterapin. När man tillämpar hybrid-DNA-tekniken använder man sig av en rad olika tekniska redskap.
Ett av de viktigaste är de så kallade restriktionsenzymerna som fungerar som en slags biologiska saxar. Det var när forskarna hittade dessa enzymer som förutsättningarna för hybrid-DNA-tekniken skapades eftersom man med hjälp av dessa kan ‘klippa ut’ delar ur gener. Idag känner man till över 900 restriktionsenzymer. Restriktions enzymerna skiljer sig från varandra genom att de ‘klipper’ vid olika bindningar i DNA-kedjan. P.g.a detta kan man genom att välja rätt enzym klippa på precis det ställe man vill. Först tas DNA ut ifrån givaren och klyvs till önskvärda delar med hjälp av restriktionsenzymer. Dessa delar överförs sedan till mottagarorganismen. Ur dessa delar kan man innan överföringen isolera den eftersökta genen genom gel elektrofores som är en kemisk-fysikalisk metod för att separera biologiska partiklar. När man överför DNA från givaren till mottagaren underlättar det om man först sammankopplar DNA-biten med en vektor. En vektor är en DNA-molekyl som har en naturlig förmåga att förflytta sig mellan olika organismer.
En vektor man ofta använder är de s.k plasmiderna. En plasmid är en DNA-ring som fi nns hos bakterierna och innehåller information för dess självkopiering och ofta gener för dess egenskaper t.ex antibiotikaresistans. När man tillämpar hybrid-DNA-tekniken klipper man upp plasmiden med hjälp av ett visst restriktionsenzym och sedan fogar man samman den med DNA från givaren som klippts med samma enzym. För att DNA-fragmenten ska sitta ihop stadigt tillsätter man ännu ett enzym, ligas. Detta enzym har förmågan att klistra ihop DNA-molekyler. När allt detta är gjort har man fått hybrid-DNA-molekyler d.v.s molekyler som innehåller DNA-segment som på konstgjord väg fogats samman.
En annan slags vektor man använder är arvsmassa från virus. Virus är enkla organismer som bara innehåller en liten mängd arvsmassa. Fogar man in givar-DNA i virusets arvsmassa åker det med som en medpassagerare in i cellen som viruset angriper. På detta sätt får man en effektiv överföring av givar-DNA till mottagaren. Innan hybrid-DNA-molekylen överförs till mottagaren behandlas de så att de kan släppa ifrån sig DNA. För att vara säker på att mottagaren mottagit hybrid-DNA använder man vektorer som bär på en lätt påvisbara egenskaper t.ex motståndskraft mot antibiotika eller cellgifter. När en bakterie mottar hybrid-DNA får den därför annan genetisk information och andra egenskaper. Hybrid-DNA-molekylerna förökar sig inuti bakterien och under bra omständigheter kan det bildas hundratals kopior Pga att bakterier förökar sig genom delning kan man så massproducera hybrid-DNA.
HYBRID-DNA-TEKNIK ANVÄNDNINGSOMRÅDEN
Hybrid-DNA-tekniken användes i många syften. Det viktigaste användningsområdet är att massproducera identiska DNA-molekyler vilket man använder inom forskning och tillverkning av läkemedel, vacciner och andra proteiner av intresse inom läkemedelsindustrin.
Massproducerat DNA används inom forskningen till att studera genernas uppbyggnad på molekylnivå hos olika organismer och till att studera funktionerna hos de olika generna. En annan viktig tillämpning av hybrid-DNA-tekniken är inom läkemedelsindustrin där man överför människogener till bakterier och på detta sätt få dem att tillverka mänskliga proteiner som kan användas till läkemedel.
Ett exempel på detta är tillväxthormon. Tillväxthormon bildas i hypofysen. Hos personer med dvärgväxt saknas förmågan att självt producera tillväxthormon eller så räcker det egenproducerade inte till. Dessa personer kan botas om de under barndomsåren behandlas med tillväxthormon, men denna metod har varit begränsad pga. att det är svårt att få tag på hormonet med den gamla metoden att utvinna hormon från hypofysen på avlidna människor eftersom att man bara kan utvinna ytterst lite.
Genom att tillsätta genetisk information för människans tillväxthormon till bakterier har man fått bakterier som producerar tillväxthormon. Tillväxthormonet är identiskt med människans och används främst till att behandla människor med dvärgväxt pga. hormonbrist. Ett annat exempel på detta är insulin. Insulin behövs av ca 60 miljoner människor i världen idag för att reglera sockerinnehållet i blodet. Tidigare använde man grisens bukspottkörtel till att få fram insulinet. Grisens insulin är det som liknar människans mest, endast en av 51 aminosyror skiljer dem åt, men det är nog för att framkalla allergiska reaktioner hos vissa personer. Därför var det en stor framgång för diabetikerna när man lärde sig att tillverka mänskligt insulin med hjälp av hybrid-DNAtekniken.
För tillfället finns det inte så många läkemedel på marknaden som är framställda med hybrid-DNA-teknik, men en snabb utveckling sker just nu och snart borde det lanseras ett stort antal genetikframställda läkemedel. Fördelarna med dessa läkemedel är att de kommer från en aldrig sinande råvarukälla, att de har samma sammansättning som kroppens egna motsvarigheter på medicin och att smittan inte riskerar att följa med läkemedlet. Den sista fördelen är annars en fruktad komplikation när man använder biologiska partiklar framställda på traditionellt sätt d.v.s ur levande eller döda djur och människor.
Ett annat område där hybrid-DNA- tekniken är mycket användbar är inom framställningen av vacciner. Vid framställning av vacciner med hjälp av hybrid-DNA-teknik överför man den gen från smittämnet som ger upphov till de skyddande antikropparna till en mottagare (vanligtvis en bakterie, jästsvamp eller däggdjurscell). Ur mottagaren kan man sedan utvinna vaccin som bara innehåller den del som ger upphov till immunitet. På detta sätt har man redan fått fram vaccin mot sjukdomen Hepatit B som är en leversjukdom och man hoppas att man i framtiden ska få fram vacciner mot många sjukdomar med hjälp av den här tekniken, speciellt parasitsjukdomar som orsakar stort lidande i tropikerna.
Fördelarna med dessa vacciner är att de kommer från en aldrig sinande råvarukälla och att de är helt ofarliga eftersom de produceras i celler som innehåller en liten del av smittämnet. Produktionskostnader är låga.
Hybrid-DNA-tekniken möjliggör även ingrepp i växters arvsmassa. Tekniken har fått stor betydelse inom växtförädlingen. Genom växtförädling vill man ta fram nya och bättre egenskaper hos våra nyttoväxter. De gamla metoderna har alla gemensamt att de har låg träffsäkerhet och att de är väldigt tidskrävande. Att utveckla en ny sort kan ta upp till 15 år. Med hjälp av hybrid-DNA-tekniken har helt nya dimensioner öppnats i och med att man kan överföra egenskaper till olika växter nästan hur som helst precis som med bakterierna. När man överför gener till växter använder man jordbakterien Agrobacterium som man sätter in den önskvärda genen i och som sedan får infektera växten och sprida sitt hybrid-DNA. Med hjälp av denna teknik har man fått fram många goda egenskaper hos växter.
T.ex har man fått växter att bli resistenta mot skadeinsekter genom att få dem att tillverka ett protein som insekterna inte tål. Man har också fått växter att bli immuna mot ogräsmedel och man har även fått dem att bli mer näringsriktigt sammansatta t.ex har man fått fram potatis med högre stärkelsehalt vilket gör att den drar åt sig mindre fett vid fritering. En annan viktig sak man har kunnat påverka är takten de bryts ner i t.ex har man fått fram tomater som kan hålla sig färska mycket längre än normalt.
GENMODIFIERADE ORGANISMER – GMO
GMO står för Genetiskt Modifierade Organismer, vilket används för att beteckna livsmedel tillverkade av genetiskt odlade organismer. När man använder detta begreppet är det den organism som man tillverkat livsmedlet av som avses. Med genmodifiering (=genmanipulering) menar man att modern genteknik har använts, dvs att genom hybrid-DNA-teknik, cellfusion och andra metoder som innebär ett direkt överförande av ärftligt material som beretts utanför organismen till en mottagarcell, tex microinjektion.
Med hälp av genmodifiering kan man få fram livsmedel och djur med specifi ka egenskaper. GMO-organismer utnyttjas bla för att producera proteiner, enzymer och läkemedel. Genom att överföra gener som ger tolerans mot torka kan man utveckla växter som klarar att växa i extrema klimat. Om sådana grödor blir verklighet skulle ny mark kunna uppodlas. Med genteknik kan man stärka växternas försvar mot sjukdomar, virus och svampar och på så vis kan skador på skördarna minska.
Det är även möjligt att göra växter resistenta mot vissa insekter. Då överförs en gen som stimulerar växten att producera ett gift och när skadeinsekten äter växten dör den. Många U-länder som idag har stora problem med skördar som skadas av virus, svamp och insekter skulle kunna bli mer självförsörjande på livsmedel om nya special anpassade grödor tas fram. Det allra vanligaste är att genmodifiera växter för att göra dem tåliga mot ett visst kemiskt ogräsbekämpningsmedel- herbicidtolerans. Då kan man bespruta fälten och döda ogräset, medan grödan klarar sig. Med genteknik är det också möjligt att förändra näringsvärdet hos olika livsmedel. Man kan öka vitaminhalten hos vissa frukter och grönsaker eller förändra fettsyrasammansättningen hos oljeväxter, och man kan få växter att smaka sötare utan att öka sockerhalten.
Man kan inte bara byta ut och lägga till gener utan också tysta eller stänga av vissa gener. Det vanligaste är att man genmodifierar växter för att göra dem tåliga mot ett visst ogräsbekämpningsmedel. Detta kallas Herbicidtolerans. Genom att göra grödorna herbicidtoleranta förstörs inte själva grödan när fältet besprutas, men ogräset dör. Ett flertal av herbiciderna anses inte vara giftiga för djur och människor, de bryts snabbt ner i naturen av olika microorganismer. Det finns olika sätt att införa resistens mot herbicider.
Ett sätt är att tillföra en gen, från en mikroorganism, som producerar ett enzym som bryter ner herbiciden. Man åstadkommer ett ‘övertryck’ av genen så att den genmodifierade grödan tål högre halter av herbiciden än icke genförändrade växter. Ett annat sätt är att först behandla cellerna med speciella kemikalier som orsakar genetiska förändringar – mutationer. Därefter väljer man ut genetiskt förändrade exemplar, mutanter, som av olika skäl tål de aktuella preparaten. En av de vanligaste typerna av modifierade livsmedelsväxter på väg att nå marknaden har gjorts resistent mot virusangrepp. Virusresistensa sorter har till exempel producerats av tobak, tomat, potatis, melon, sockerbeta och ris. En annan grupp av genetiskt modifierade växter har gjorts resistent mot svampangrepp, och flera metoder har utvecklats för att göra växter resistenta mot diverse insekter.
Eftersom tidig nattfrost medför avsevärda förluster på odlade grödor, är det naturligt att försöka ta fram frostresistenta sorter. En metod att göra sorter frostresistenta är att introducera arvsanlag som ansvarar för produktionerna av antifrysproteiner. Sådana arvsanlag har identifi erats i fl era olika typer av organismer. Mest omtalat har anlaget från ishavsfl undran varit. Anlaget från fl undran har förts in i en tomat som nu genomgår omfattande studier för att utröna den transgena produktens lagrings egenskaper, smak och livsmedelssäkerhet. I Sverige har man slutat arbeta med att föra in antifrysgener från djur till växter. Man kan i stället pröva att över en gen från en naturligt frosttålig potatissort i Alaska.
Man kan med genteknik även förändra växters kvalitetsegenskaper.
Förbättrade lagringsegenskaper och förlängd hållbarhetstid har åstadkommits genom att växtgeners naturliga funktion inaktiverats. Inaktiveringen åstadkoms genom att antisenssekvenser av ett arvsanlag introduceras i växten. Detta har man bl.a. gjort i tomater. Polygalakturonas bryter ner den struktur av pektin som ger tomaten fasthet. Vid brist på enzym behåller tomaten sin fasta struktur betydligt längre. Genom att påverka ämnesomsättningen i växter finns det möjlighet att påverka ett livsmedels näringsmässiga innehåll. Ett bra exempel är modifieringen av vårraps. Rapsolja producerad ur rapsfrön från sådan raps har förändrad fettsyra sammansättning och därmed förbättrat näringsvärde.
Flera olika företag arbetar med att förändra stärkelse sammansättningen i potatis. Stärkelse används både i livsmedelsindustri och i teknisk industri såsom pappers och plasttillverkning. Smakegenskaperna kan påverkas genom att man till exempel introducerar gener som kodar för söta ämnen i växter. Sådana ämnen har förts in i potatis, tomat, sallad. Man kan med genteknik åstadkomma hansterilitet hos raps, tobak, sallat, cikoria, bomull, tomat och majs. På så vis kan man slå på och av växtens möjlighet att producera ståndarmjöl och då kontrollera att inte oönskad befruktning sker. Därför kan de hansterila plantorna bli mycket användbara i växtförädling för att åstadkomma önskade hybridplantor. Hittills har man plockat bort ståndarna med hjälp av pincett, vilket är en dyrbar och tålamodsprövande metod. En annan fördel med hansterilitet kan vara att växtförädlaren fåröökad kontroll över sitt utsäde.
TRANSGENA DJUR
Man kan även överföra gener till djurceller och på så sätt få fram ett genetiskt förändrat djur (transgent djur). Med hjälp av en mycket tunn glaskapillär injicerar man en mycket liten mängd DNA i ett befruktat ägg. Har man tur stannar det kvar i ägget och sammankopplas där med äggets kromosomer. Ägget överförs sedan till en livmoder och kan där utvecklas till ett transgent djur. Transgena möss är relativt enkla att framställa och används inom forskningen bl.a genom att ge dem en gen som får dem att utveckla en speciell sorts tumör vilket ger forskarna en chans att studera tumörens bildning och på så sätt utveckla bättre behandlingsmetoder.
En möjlighet för framtiden är att framställa djur som utsöndrar mediciner i mjölken eller i blodet. Detta har man redan lyckats med, t.ex har man gett generna som kodar för mänskligt hemoglobin till grisar. Grisarna har då börjat tillverka både gris- och människohemoglobin. På så sätt hoppas man att i framtiden kunna lösa bristen på blod. Ett annat exempel är de transgena får man gett människans gen för tillverkning av ett protein som man använder till behandling av blödarsjuka. Man har även fått genen att verka i mjölkkörtlarna så att proteinet utsöndras med mjölken.
TILLVERKNING AV DNA PÅ KONSTGJORD VÄG
Man har länge på kemisk väg kunnat sammankoppla enstaka nukleotider så att man får korta DNA-kedjor. Problemet med de tidiga metoderna var att man endast kunde skapa väldigt korta DNA-kedjor och att varje steg i tillverkningen var väldigt tidskrävande. På senare tid har man utvecklat en automatiserad teknik som gör det möjligt att på enstaka timmar tillverka kedjor som är upp till 200 nukleotider långa. Med hjälp av ‘klisterenzymen’ ligas kan kedjorna sedan fogas samman till längre kedjor. Med denna teknik har man byggt hela gener.
Med hjälp av PCR-metoden kan man mångfaldiga DNA i provrör. Metoden går ut på att man härmar cellens naturliga DNA-kopiering i ett provrör. Man utgår från en enda DNA-molekyl. När den värms till ca 900 C bryts vätebindningarna mellan kvävebaserna. På detta sätt separeras de båda strängarna ifrån varandra. Därefter sänker man temperaturen och tillsätter enzymet polymeras samt råvarorna till DNA. Av dessa råvarorna tillverkar enzymet nytt DNA med de ursprungliga strängarna som mallar. Detta upprepas om och om igen. Varje gång man värmer och kyler provet fördubblas DNA-mängden.
Denna metod har fått stor betydelse för forskningen där man framställer DNA från enstaka celler i sådan kvantitet att uppbyggnad och funktion bättre kan studeras. Metoden har tagit över stora delar av produktionen av DNA från bakterierna. Ett annat stort användningsområde för metoden är inom rättsmedicin där man med hjälp av små provmängder t.ex munsköljvätska, blodfläckar mm. kan identifiera personer.
GENTERAPI
Genterapi är en variant av hybrid-DNA-tekniken där man överför gener till olika organismer i hopp om att reparera skadade gener. I början använde man bara tekniken på lägre stående organismer, men på senare tid har man utvecklat tekniken så att ingrepp på högre stående varelser inkl. människan är möjliga. Ingreppet kan jämföras med en organ transplantation där man transplanterar en gen istället för ett organ. Ännu är tekniken relativt dåligt utvecklad och det har inte gjorts så många försöka att använda tekniken på människor. Svårigheterna ligger i att överföra generna till kroppen på ett effektivt sätt och att kontrollera hur många genkopior man överför och var i arvsmassan de verkar. Det är även svårt att få genen att verka i rätt vävnad vid rätt tidpunkt.
När man överför gener till djur och människor använder man arvsmassa ifrån virus. Hittills har man huvudsakligen inriktat sig på att reparera genskador i benmärgens celler. Detta är det lättaste området eftersom härifrån kan man ta ut celler, sätta i den nya genen i benmärgscellerna och sedan sätta in dem i ryggmärgen igen. För att ingreppet ska få någon verkan är det viktigt att man transplanterar generna till s.k. stamceller dvs. celler som hela tiden bildar nya benmärgsceller. En annan svår sak är att den sjuka genen inte kan avlägsnas och ibland kan den störa cellen även efter det att den friska genen tillförts. Användningen av genterapi för att bota genetiska sjukdomar kommer förmodligen att vara begränsad av tekniska svårigheter en lång tid framöver.
Däremot skulle man kunna tänka sig att man inom en snar framtid kommer att kunna konstruera celler som ska kunna tillverka ‘läkemedel’ inne i kroppen t.ex insulin åt diabetiker. Man skiljer mellan ingrepp som görs på kroppsceller (somatiska celler) och på ingrepp som utövas på befruktade ägg eller embryon. Skillnaden är att ingrepp på somatiska celler endast påverkar individen medan ingrepp på könsceller går i arv. Genöverföring till befruktade äggceller har ju som sagt redan utövats med framgång på möss och tekniken borde kunna utövas på människor, men detta kommer förmodligen aldrig att ske beroende på att det inte är riktigt av etiska skäl och att man inte riktigt vet vilka effekter det skulle kunna ge.
ETIK I GENTEKNIKEN
När hybrid-DNA-tekniken introducerades under 70-talet satte den igång en debatt om hur lämplig eller olämplig den här sortens teknik är. Människan har påverkat växter och djurs egenskaper genom årtusenden genom förädlingsarbete. Den enda skillnaden (ur min mening) är att det nu går ohyggligt mycket snabbare. När tekniken kom befarade många att den skulle få allvarliga effekter, t.ex befarade man att transgena bakterier skulle spridas och orsaka allvarliga sjukdomar som cancer. I början fick därför genteknikförsök endast utföras i särskilda risklaboratorier och man använde speciella försvagade mottagarorganismer.
Gentekniken skapar idag väldiga debatter om bl.a. hur stora förändringar forskare ska få göra på levande varelser. Ska man kunna ta patent på sina ’skapelser’? Ska man kunna få använda gentekniken till att sortera bort människor i flera avseenden. Många är rädda för att man i framtiden ska behöva ge ett DNA-prov vid arbetsansökningar och på detta sätt ska arbetsgivarna kunna sortera bort alla som riskerar att få cancer osv. under sitt arbetsaktiva liv.
Fosterdiagnostik med genprov är en annan het fråga. Ska föräldrar få välja bort barnet om det inte har de genetiska förutsättningar som föräldrarna önskar? Dessa och fler frågor kommer att diskuteras länge och förmodligen kommer man aldrig att hitta lösningar som passar oss alla. Man kan framställa vaccin mot ett virus genom att ta en bit av virusets genmaterial som styr tillverkning av virusets ytprotein. Denna genbit sätts in i jästceller som därefter kan framställa virusprotein, vilket kan användas vid tillverkning av vaccin mot viruset.
