Geenitehnoloogia

Allikas: Vikipeedia

Geenitehnoloogia ehk tehnogeneetika ehk insenergeneetika ehk geenitehnika ehk geenimanipulatsioon on geneetika haru, kus kasutatakse organismide genoomi muutmiseks biotehnoloogia vahendeid.

Geenitehnoloogia seisneb konkreetsete DNA-lõikude eraldamises ning in vitro (katseklaasis) töötlemises. Sellele järgneb töödeldud lõikude siirdamine kas sama või ka muu liigi esindaja kromosoomi, plasmiidi või viirusesse.

Geenitehnoloogia tekkimise oluliseks baasiks oli rekombinantse DNA metoodika loomine, mis omakorda sai alguse tänu restriktsiooniensüümide ehk restriktaaside avastamisele bakterites 1970. aastal. Restriktaasid lõhuvad DNA molekuli kaksikahelad komplementaarseteks üheahelalisteks fragmentideks, millel on nn kleepuvad otsad. Lahuses kokku viidud paarduvate otstega fragmendid ühinevad ja ensüümi ligaas abil luuakse ka kovalentsed sidemed.

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Kuigi inimesed on läbi aretustegevuse mõjutanud loomade ja taimede genoome juba tuhandeid aastaid, siis geenitehnoloogia valdkond tekkis alles 20. sajandi teises pooles.

Mõistet "geenitehnoloogia" kasutas esimesena Jack Williamson oma 1951. aasta ulmeteoses "Draakonite saar".[1] Aasta hiljem tõestasid Alfred Hershey ja Martha Chase, et DNA-l on oma roll pärilikkuses[2] ning 1953. aastal kirjeldasid James Watson ja Francis Crick DNA molekuli kaksikheeliksi-kujulist struktuuri.

1972. aastal lõi Paul Berg esimese rekombinantse DNA molekuli, kui viis SV40 viiruse genoomi lambda faagi geene ja E. coli galaktoosi operoni.[3] 1973. aastal lõid Herbert Boyer ja Stanley Cohen esimese transgeense organismi, kui E. coli bakterisse lisati antibiootikumiresistentsuse geene sisaldav plasmiid.[4][5] Aasta hiljem lõi Rudolf Jaenisch maailma esimesed transgeensed hiired, sisestades võõrast DNA-d hiire embrüosse.[6] Kõik need saavutused tekitasid teadlaste hulgas muret geenitehnoloogia kiire arenguga tekkinud riskidest. Seda arutati põhjalikult 1975. aastal toimunud Asilomari konverentsil. Muuhulgas soovitati seal allutada kõik geenitehnoloogia valdkonnas tehtud katsed riikliku kontrolli alla.[7][8]

Biokeemik Herbert Boyer ja riskikapitalist Robert Swanson rajasid 1976. aastal esimese geenitehnoloogia valdkonnas tegutseva ettevõte, mis sai nimeks Genentech. Juba aasta hiljem valmistati seal E. coli abil inimvalku somatostatiini ning 1978. aastal tuldi välja inimese insuliiniga, mis sai FDA heakskiidu 1982.[9][10] 1980 otsustas Ameerika Ühendriikide Ülemkohus, et geneetiliselt muudetud elusorganisme saab patendeerida[11]

1970 kirjeldasid Hamilton Smith ja Kent Wilcox esimest restriktaasi (Haemophilus influenzae-st eraldatud HindII) ning 1971 näitasid Kathleen Danna ja Daniel Nathans, et seda saab kasutada SV40 viiruse genoomi tükeldamiseks kindla pikkusega fragmentideks.[12] See pani aluse rekombinantse DNA tehnoloogia arengule. 1978 said Werner Arber, Daniel Nathans ja Hamilton Smith restriktsiooniensüümidega seotud tööde eest Nobeli preemia.

1970. aastatel avastas Wisconsini ülikooli üliõpilane Steven Lindow koos D. C. Arny ja C. Upperiga Pseudomonas syringae bakteri ja 1977. aastal tuvastas ka selle bakteri jää-miinus tüve.[13] 1983 taotles ettevõte Advanced Genetic Sciences (AGS) USA valitsuselt luba viimaks läbi teste P. syringa bakteriga kaitsmaks põllukultuure külma eest. Meeleavaldajad ja keskkonnakaitsjad üritasid katseid edasi lükata, aga see õnnestus vaid neljaks aastaks.[14] Aastal 1987 sai P. syringae esimeseks geneetiliselt muundatud organismiks, mis lasti avatud keskkonda. Protesteerijad ründasid katsepõlde.[15][16]

1983 arendas Kary Mullis välja polümeraasi ahelreaktsiooni tehnika, mis võimaldab DNA ampifikatsiooni ja sellega muutus võimalikuks ka väga väikeste DNA koguste analüüs ja kasutamine.

Esimesed katsed transgeensete taimedega viidi läbi 1986. aastal, kui Prantsusmaal ja USA-s katsetati herbitsiidiresistentseid geneetiliselt muundatud tubakataimi. Sellest alanud kümne aasta jooksul toimus 34 riigis 3500 põllukatset transgeensete taimedega 56 liigist.[17] Kommertskasutusse jõudis esimene transgeenne taim (kurgi mosaiikviirusele resistentne tubakas) 1992. aastal Hiinas.[18] 1994. aastal sai Calgene heakskiidu tulla turule pikendatud säilivusajaga tomatiga Flavr Savr tomati, mis oli esimene inimtoiduks lubatud GM taim. 1994. aastal andis Euroopa Liit heakskiidu geneetiliselt muundatud tubakale, mis oli resistentne herbitsiidide bromoksüniilile, millest sai esimene geneetiliselt muundatud põllukultuur Euroopas.[19] Aastal 1995 tunnistati Bt toksiini tootev Bt kartul FDA ja AUSA Keskkonnakaitseagentuuri poolt ohutuks, millega sai sellest esimene pestitsiidi tootev USAs lubatud põllukultuur.[20] Aastaks 2009 kasvatati 25 riigis 11 transgeenset põllukultuuri. Suurimad kasvatajad olid USA, Brasiilia, Argentina, India, Kanada, Hiina, Paraguay ja Lõuna-Aafrika Vabariik[21][22][23][24][25]

2001. aastal avaldasid Inimese Genoomi Projekt ja Celera Genomics inimese genoomi esimese mustandi.[26][27] Sekveneerimistehnoloogiad arenesid ja selle hind hakkas kiirelt langema.

2010. aastal kuulutasid J. Craig Venteri instituudi teadlased välja, et nad on loonud esimese sünteetilise bakteri Synthia, mis oli maailma esimene sünteetiline eluvorm.[28] 2014 loodi Scrippsi uurimisinstituudis ka poolsünteetiline bakter, mis paljundas plasmiidi, mis sisaldas täiendavat aluspaari lisaks tavapärastele AT ja GC paaridele.[29]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Brian M. Stableford (2004) Historical dictionary of science fiction literature Lk 133. ISBN 9780810849389
  2. Hershey A. ja Chase M. (1952) Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage J Gen Physiol. Vol 36: 1. Lk 39–56. PMID 12981234
  3. David A. Jackson, Robert H. Symons ja Paul Berg (1972) "Biochemical Method for Inserting New Genetic Information into DNA of Simian Virus 40: Circular SV40 DNA Molecules Containing Lambda Phage Genes and the Galactose Operon of Escherichia coli" PNAS, Vol 69 (10). Lk 2904–2909. PMID 4342968
  4. Paul Arnold (2009) History of Genetics: Genetic Engineering Timeline
  5. Stanley N. Cohen ja Annie C. Y. Chang (1973) Recircularization and Autonomous Replication of a Sheared R-Factor DNA Segment in Escherichia coli Transformants — PNAS
  6. Jaenisch, R. ja Mintz, B. (1974) Simian virus 40 DNA sequences in DNA of healthy adult mice derived from preimplantation blastocysts injected with viral DNA Proc. Natl. Acad. 71(4) 1250–1254
  7. Berg P et al. (1975) Summary statement of the Asilomar Conference on recombinant DNA molecules Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Vol 72 (6). Lk 1981–4. PMID 806076
  8. NIH Guidelines for research involving recombinant DNA molecules
  9. Artificial Genes TIME, 15. november 1982
  10. David Goeddel, Dennis G. Kleid, Francisco Bolivar, Herbert L. Heyneker, Daniel G. Yansura, Roberto Crea, Tadaaki Hirose, Adam Kraszewski, Keiichi Itakura ja Arthur D. Riggs (1979) Expression in Escherichia coli of chemically synthesized genes for human insulin PNAS. Vol 76 (1). Lk 106–110. PMID 85300
  11. Diamond V Chakrabarty US Supreme Court Cases from Justia & Oyez. Vol 447 (303). 16. juuni 1980
  12. Roberts RJ (2005) How restriction enzymes became the workhorses of molecular biology Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.. Vol 102 (17). Lk 5905–8 PMID 15840723
  13. H. Patricia Hynes (1989) Biotechnology in agriculture: an analysis of selected technologies and policy in the United States Reproductive and Genetic Engineering (2)1:39–49
  14. Rebecca Bratspies (2007) Some Thoughts on the American Approach to Regulating Genetically Modified Organisms Kansas Journal of Law and Public Policy 16:393
  15. GM crops: A bitter harvest? BBC News, 14. juuni 2002
  16. Thomas H. Maugh Altered Bacterium Does Its Job : Frost Failed to Damage Sprayed Test Crop, Company Says Los Angeles Times, 9. juuni 1987
  17. Clive James (1996) Global Review of the Field Testing and Commercialization of Transgenic Plants: 1986 to 1995 The International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications
  18. Clive James (1997) Global Status of Transgenic Crops in 1997 ISAAA Briefs. Nr 5, lk 31
  19. Debora MacKenzie Transgenic tobacco is European first New Scientist, 18. juuni 1994
  20. Genetically Altered Potato Ok'd For Crops Lawrence Journal-World, 6. mai 1995
  21. "Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2009 ISAAA Brief 41-2009". 23. veebruar 2010. 
  22. WHO (1987): Principles for the Safety Assessment of Food Additives and Contaminants in Food, Environmental Health Criteria 70. World Health Organization, Geneva
  23. WHO (1991): Strategies for assessing the safety of foods produced by biotechnology, Report of a Joint FAO/WHO Consultation. World Health Organization, Geneva
  24. WHO (1993): Health aspects of marker genes in genetically modified plants, Report of a WHO Workshop. World Health Organization, Geneva
  25. WHO (1995): Application of the principle of substantial equivalence to the safety evaluation of foods or food components from plants derived by modern biotechnology, Report of a WHO Workshop. World Health Organization, Geneva
  26. Lander ES et. al. (2001) "Initial sequencing and analysis of the human genome" Nature. Vol 409 (6822). Lk 860–921. PMID 11237011
  27. Venter JC (2001) "The sequence of the human genome" Science. Vol 291 (5507). Lk 1304–51. PMID 11181995
  28. Ian Sample Craig Venter creates synthetic life form Guardian, 20. mai 2010
  29. Denis A. Malyshev, Kirandeep Dhami, Thomas Lavergne, Tingjian Chen, Nan Dai, Jeremy M. Foster, Ivan R. Corrêa ja Floyd E. Romesberg (2014) [1] Nature 509, 385–388

Kirjandus[muuda | muuda lähteteksti]

  • Tartes, U. ja Viikmaa, M. 2008. "Bioloogia gümnaasiumile. II osa 3. kursus", Tartu: Eesti Loodusfoto, lk 37