Genteknologi og bioteknologi

Genteknologi og bioteknologi

-Forklare hva genmodifisering innebærer og et konkret eksempel på dette
-eks: Hvordan genmodifisere en bakterie til å produsere insulin
-Kunne gi ulike eksempler på hvordan bioteknologi blir brukt i medisin, og diskutere utfordringer og etiske dilemma knyttet til disse
-Eksempel: kloning

Bioteknologi
-all teknologi som inkluderer bruk av levende organismer, planteceller eller dyreceller, til å fremstille produkter som er nyttige og nødvendige for oss (ikke jordbruk/fiske)

Moderne bioteknologi er et samlebegrep på fagområder og metoder der genteknologi inngår i større eller mindre grad
eks stamcelleforskning, kloning, kartlegging av gener, kunstig befruktning og produksjon av legemidler og vaksiner

Genmodifisering
-modifisering av en celle eller en organisme sitt DNA

Fordel med genmodifisering

Har hatt størst praktisk betydning i produksjon av nyttige stoffer
--> bakterier som lager fargestoffet indigo
--> enzymer i vaskemidler og matproduksjon
--> menneskeinsulin, veksthormon, vaksiner
--> stoff i blodet som de med blødersykdom mangler

Genmodifisering av en bakterie slik at den produserer Insulin

Insulin:
--> et hormon vi er avhengig av i reguleringen av blodsukkeret vårt
--> Diabetes type 1 pasienter kan ikke produsere selv

Starter med å ta ut en menneskecelle fra en frisk person, og en bakteriecelle
1) Tar ut DNA-et fra menneskecellen samt plasmid fra bakteriecellen
--> (DNA hvor endene av DNA-tråden er koblet sammen i en ring)

2) Vi tilsetter et klippeenzym (restriksjonsenzym)
--> Klippeenzymet kjenner igjen spesifikke baserekkefølger i DNA-tråden og klipper mellom disse basene
--> På menneske-DNA-et vil klippeenzymet lete seg frem til starten og slutten på genet som koder for insulin
--> Det klippes skjevt så de får "klebrige ender"

3) Vi plasserer insulingenet inn i det åpne plasmidet
--> tilsetter så et limeenzym som får endene til å koble seg sammen
-Nå har vi et plasmidgen med et insulingen i

4) Det modifiserte plasmidet plasseres deretter tilbake i en bakteriecelle
--> Når bakteriecellen deler seg vil begge dattercellene ha genet for insulin
--> disse bakteriene vil produsere insulin som vi kan "høste" og gi til pasienter med diabetes

Før brukte man insulin fra gris hos diabetikere
--> ikke helt identisk med det hos mennesker så det fungerte ikke like godt
--> Insulinet produsert av genmodifiserte bakterier er helt identisk med menneskets da det er laget av koden (genet) fra et menneske

Problem med genmodifisering

Ligger i måten vi gjør kontroll av at vi har fått en genmodifisert bakterie
--> Genmodifiseringsprosessen er komplisert og er vellykket i kanskje 1 av 1000 tilfeller
--> Man ønske derfor å luke ut de 999 mislykkede tilfellene, ved å drepe de med antibiotika
--> Dette ville tatt livet av de vellykkede bakteriene også, så man limer inn et gen for antibiotikaresistens i disse, i tillegg til insulingenet.
--> De mislykkede dør, de vellykkede overlever og man sitter igjen med insulinproduserende bakterier

Derfor er man skeptisk til å slippe genmodifiserte organismer ut i "vill natur", som på åpne jorder
--> eks genmodifisert mais vil inneholde et antibiotikaresistent gen, og vil øke sjansen for at denne spres fritt ute i naturen, noe man ikke ønsker
--> kan føre til antibiotikaresistens

Brukes i medisinsk sammenheng knyttet til sykdommer
-ønsker å endre våre egne celler
-arvelige sykdommer er forårsaket av genene våre
--> kan vi bytte ut de sykdomsfremkallende genene med friske
--> helbrede sykdommer
eks kreft, virusinfeksjoner som HIV og Ebola

--> få planter til å produsere mer avling
--> tåle mer under transport + klimaforandringer som kulde, varme
--> motstandsdyktige mot plantesykdommer/skadedyr
--> bedre matvarekvalitet/næringsstoffer

Kloning
-å lage genetisk like kopier

Skjer helt naturlig
--> med feks en plante som danner avleggere som vokser opp til å bli et nytt uavhengig individ, men med samme DNA som morplanten
--> Bakterier deler seg og danner nye individer med identisk DNA
--> Mennesker: eneggede tvillinger

Reproduktiv kloning
-lager en kopi av et allerede eksisterende individ

Etikk og lovverk

eks Sauen Dolly
--> Man tok en celle fra sauen som skulle klones, mor-Dolly, og en eggcelle fra en tilfeldig sau
--> først tok man ut alt arvemateriale fra eggcellen
--> deretter tok man ut cellekjernen fra mor-Dolly sin celle, og plasserte cellekjernen inn i den tomme eggcellen

Da stod man igjen med et befruktet egg som kun inneholdt gener fra mor-Dolly
--> Dette egget plasseres så i en surrogatmor som så etter en tid fødte Dolly
--> Dolly har da ingenting til felles med hverken eggcelledonoren eller surrogatmor, men er genetisk identisk med mor-Dolly som donerte cellen (kjernedonoren)

-melkesyrebakterier i yoghurt
-gjærsopp i brød
-lage surmelksprodukter

Genteknologi
alt som omhandler en håndtering av cellekjerne eller endring av en celle eller en hel organisme sitt DNA

-teknikker der man isolerer og kartlegger DNA, modifiserer (forandrer) gener, eller klipper ut og flytter gener fra en organisme til en annen og får dem til å virke der

Genmodifiserte organismer er organismer som har fått forandret på genene sine, eller satt inn nye

Utfordringer/etiske dilemma

Bioteknologirådet
-vurderer faglige, etiske, miljømessige og sikkerhetsmessige spørsmål knyttet til moderne bioteknologi

Lover
--> Genteknologiloven regulerer fremstilling og bruk av genmodifiserte organismer
--> Bioteknologiloven handler om å sikre at medisinsk bruk av bioteknologi blir utnyttet for det beste for alle mennesker
+ Næringsmiddelloven og lov om dyrevern

Sorteringssamfunn
--> fjerner gener man ikke ønsker
--> mister mangfoldet

Antibiotikaresistens
--> man er redde for at genene kan bli overført til bakterier i kroppen vår og gjøre bakteriene motstandsdyktige mot antibiotika

Virus sprer genet til organismer som ikke skal ha genet

Bakterier er blitt mye brukt, mye pga at de formerer seg raskt og er enkle å arbeide med
--> heller ikke så mange etiske spørsmål til bruk av disse organismene

-Vi har foretatt en genspleising
--> ved hjelp av spesielle enzymer kan man klippe ut gener i arvematerialet hos en art og sette dem inn i DNA-et til en annen art

Ulike måter å overføre gener til planter eller dyreceller
-Vanskeligere enn å overføre til bakterier

Genpistol
særlig brukt på planteceller som har en solid cellevegg ytterst
--> genene blir festet til bitte små kuler av gull og skytes inn i cellene
--> lite presis og lite effektiv: tilfeldig hvor DNA-bitene havner, kan være heldig etter mange forsøk

Mikroinjeksjon
-sprøyter gener direkte inn i kjernen i en celle
eks en befruktet eggcelle
--> lite effektivt da det er lite sannsynlig at genene blir tatt opp i arvematerialet i kjernen

Spesielle virus
-først blir genene som gjør viruset farlig fjernet og nye gener blir satt inn i virusets DNA
--> når viruset angriper celler, kan virus-DNA med de nye genene sette seg inn i cellens eget DNA. Cellen er nå blitt tilført gener

For å overføre gener til planter er det brukt plasmider fra bakterier som vanligvis gir planter kreft
--> DNA i bakteriene er endret slik at de ikke lenger gjør plantene syke. Nye gener blir satt inn i plasmidene til bakterien. Når bakteriene angriper plantecellene, blir de nye genene overført fra bakterieplasmidene til plantecellene og gir dem nye egenskaper

--> til en viss grad kan vi endre DNA i celler hos mennesker i dag, men i fremtiden kan vi kanskje bytte ut sykdomsrelaterte gener og dyrke frem friske organer hos syke mennesker

Mange er engstelige for at de nye genene i genmodifiserte planter vil kunne føre til
--> allergi
--> produsere stoffer som er giftige

Problemer med kloning av dyr:
--> sykdommer
--> tidlig død

Stamceller eller Terapeutisk kloning

Stamceller er spesielle celler som kan fornye seg selv og som kan danne nye celler som erstatter de døde
--> deler seg ved vanlig celledeling (mitose) og noen av cellene blir "spesialiserte" celler

Stamceller kan bli brukt til
--> medisinsk behandling ved at man lager nye celler og kanskje hele organer som kan erstatte syke organer
--> testing av medisiner istedet for å bruke dyr
--> grunnforskning for å kunne studere hva som skjer når celler blir kreftceller
-kan risikere at nye organer eller cellevev kan bli avvist av pasientens immunsystem

Finnes mange forskjellige:
-Totipotente: Kan danne alle celletyper
-Pluripotente: Kan danne svært mange forskjellige celletyper, men ikke alle
-Multipotente: Kan bare utvikle seg til noen få forskjellige celletyper
-Unipotente: Kan bare utvikle seg til en type

Etisk dilemma med forskning på befruktede egg som ikke blir benyttet ved assistert befrukting
--> har senere funnet en måte å gjøre om kroppsceller til stamceller så man ikke trenger dette

Terapeutisk kloning
-blir laget stamceller med pasientens eget arvestoff så vil ikke risikere at celler eller organer vil avstøtes av immunforsvaret. Skal kunne brukes til å behandle ulike sykdommer

Kjernen i en eggcelle blir ødelagt og erstattet med en cellekjerne fra den syke
--> eggcellen blir stimulert til å dele seg og etter noen dager er det dannet en blastocyst som inneholder pluripotente stamceller
--> disse har pasientens egne gener og kan brukes til å dyrke frem like celletyper (cellevev) eller organer

Medisinsk bruk av bioteknologi

Medisinsk bruk av genteknologi

DNA-profiler
--> Man kan bestemme identiteten til gjerningspersoner i kriminalsaker ved å lage en DNA-profil
--> kan også brukes i farskapssaker
--> identifikasjon av døde mennesker

Genetiske tester

1) Tester for å stille sikker sykdomsdiagnose
--> få bekreftet eller avkreftet at man har en diagnose hos allerede syke individer

2) Tester for å påvise om en frisk person er bærer av et sykdomsgen
--> Vi har to utgaver av alle gener, en fra mor og en fra far
--> Hvis det er noe feil med den ene utgaven kan vi være friske men likevel være bærer av genet som gir sykdommen
eks blødersykdom, cystisk fibrose

3) Tester for å påvise gener for arvelig sykdom hos friske personer
eks Huntingtons som er en nervesykdom
--> testen kan fortelle om man har anlegg for sykdommen og kommer til å bli syk, eller ikke
--> vanskelig valg

4) Tester for å påvise sykdomsgener der også miljøfaktorer er viktige for utvikling av sykdom
-->Tester kan fortelle om man har økt risiko for hjerte- og karsykdom eller kreft
--> forteller ikke om du blir syk, men sannsynligheten for at det kan skje
--> kan øke motivasjonen for å endre livsstil eller begynne forebyggende behandling

Genterapi

-går ut på å forandre eller erstatte syke gener med normale gener som fungerer
--> ved overføring av gener ved hjelp av genmodifisert virus eller ved direkte innsprøyting av gener i blodet, i et organ eller i cellekulturer (stamceller)

-Har lyktes leger å helbrede barn for en arvelig sykdom som gjør at de mangler immunsystem
--> vekslende hell mot cystisk fibrose ol

-CRISPR/Cas-9: gå inn i celler og redigere gener
--> fører til etiske problemstillinger: hvor forskere kan gå inn i kjønnsceller eller embryoer og redigere genene. Vil overføres til det mennesket som vokser opp, men også gå i arv til alle etterkommere

--> i det DNA-et vårt som ikke virker som gener ligger det mange områder med repeterte DNA-sekvenser (baser som blir gjentatt mange ganger)
-Disse er forskjellige fra individ til individ.
--> Deler av dette DNA blir klippet opp ved hjelp av enzymer, og bitene blir så skilt fra hverandre ved hjelp av elektroforese
--> DNA-bitene danner et helt bestemt mønster for hvert enkelt individ, en DNA-profil

Genmodifiserte dyr:
-benyttes i produksjon av medisiner, men ikke som mat

--> i sau har man satt inn et gen som gjør at de lager melk med et spesielt protein
--> mennesker med cystisk fibrose mangler dette
--> proteinet blir isolert fra sauemelken og brukt som legemiddel

--> i melken til en genmodifisert geit lages det viktig medisin mot blodpropp

--> organtransplantasjon hos mennesker hvor man kan få en hjerteklaff fra gris
--> en spesiell grisetype, "knock-out-gris", har et gen som ikke avstøtes av immunforsvaret til mennesker

-Stor skepsis mot bruk av dyreorganer:
--> dyrevirus kan spres til mennesker
--> uakseptabel tukling med naturen
--> ikke akseptabelt å flytte gener/organer mellom mennesker og dyr

Assistert befruktning
-fellesbetegnelsen på ulike metoder som blir brukt til å unnfange barn

Kunstig inseminasjon med sæd fra en sæddonor

Prøverør (IVF)- in-vitro-fertilisering- der egg og sæd blandes i en skål for befruktning

Mikroinjeksjon (ICSI) der en sædcelle injiseres i en eggcelle

Eggdonasjon
-når en kvinnelig donor gir fra seg en eggcelle som bli befruktet med sædceller fra en mann, og implantert i livmoren til en annen kvinne

Surrogati
en eggcelle fra en kvinne blir befruktet med sædceller fra en mann og implantert i livmoren til en surrogatmor, som bærer fram barnet. Etter fødsel blir barnet overlevert til kvinnen eggcellen ble tatt fra, eller til andre

Transgene organismer er hvis genene kommer fra andre arter

--> kan kvitte oss med en fremtid hvor matmangel er et av problemene vi står overfor
eks soya, ris, hvete, bomull, banan og mais er blitt genmodifisert

--> I plasmidet skjer det tilsvarende og klippeenzymet lager en åpning med "klebrige ender"

Stamceller kan bli brukt til
--> medisinsk behandling ved at man lager nye celler og kanskje hele organer som kan erstatte syke organer