Γενετική μηχανική και βιοτεχνολογία 🧬

Το πρόβλημα της ινσουλίνης

Ο σακχαρώδης διαβήτης ταλαιπωρεί μεγάλο αριθμό ανθρώπων σε όλο τον κόσμο. Οι διαβητικοί αντιμετωπίζουν σοβαρά προβλήματα υγείας επειδή ο οργανισμός τους δεν μπορεί να συνθέσει μια πρωτεΐνη, την ινσουλίνη, ή τη συνθέτει σε ελάχιστες ποσότητες. Η ινσουλίνη είναι ορμόνη και παράγεται από το πάγκρεας· ρυθμίζει τα επίπεδα του σακχάρου στο αίμα. Η μόνη λύση για όσους δεν την παράγουν επαρκώς είναι να κάνουν ενέσεις ινσουλίνης κάθε μέρα, γι' αυτό και χρειάζεται να παράγεται σε μεγάλες ποσότητες από τις φαρμακοβιομηχανίες.

Μέχρι πρόσφατα η ινσουλίνη λαμβανόταν από το πάγκρεας βοοειδών και χοίρων, μετά τη σφαγή τους. Η μέθοδος αυτή όμως είχε σοβαρά μειονεκτήματα:

Η λύση της γενετικής μηχανικής

Η λύση ήταν η παραγωγή ανθρώπινης ινσουλίνης σε μεγάλες ποσότητες και με χαμηλό κόστος, με κάποιον τρόπο. Σήμερα αυτό έχει επιτευχθεί: οι επιστήμονες κατάφεραν να απομονώσουν το γονίδιο που ευθύνεται για την παραγωγή της ανθρώπινης ινσουλίνης και να το εισαγάγουν σε ένα βακτήριο. Το γενετικό υλικό αυτού του βακτηρίου τροποποιείται έτσι ώστε το βακτήριο να μπορεί πλέον να παράγει ανθρώπινη ινσουλίνη. Καθώς το βακτήριο πολλαπλασιάζεται, προκύπτουν νέα βακτήρια που φέρουν επίσης το ίδιο γονίδιο, και έτσι δημιουργείται ένας ολόκληρος πληθυσμός τροποποιημένων βακτηρίων ικανών να παράγουν ινσουλίνη.

Αξιοποιώντας αυτή τη μέθοδο μπορούμε να παράγουμε, με χαμηλό κόστος, μεγάλες ποσότητες ανθρώπινης ινσουλίνης και να προσφέρουμε λύση στο πρόβλημα εκατομμυρίων ανθρώπων. Με παρόμοιο τρόπο παράγονται και πολλές άλλες πρωτεΐνες που χρησιμοποιούνται για ιατρικούς ή εμπορικούς σκοπούς.

Τι είναι η γενετική μηχανική

Το σύνολο των τεχνικών με τις οποίες μεταφέρεται γενετικό υλικό από έναν οργανισμό σε κάποιον άλλον ονομάζεται γενετική μηχανική. Οι οργανισμοί που προκύπτουν με τις τεχνικές αυτές φέρουν κάποια νέα γενετικά (κληρονομήσιμα) χαρακτηριστικά που τους καθιστούν χρήσιμους στον άνθρωπο. Οι οργανισμοί αυτοί ονομάζονται γενετικά τροποποιημένοι. Οι κύριες εφαρμογές της γενετικής μηχανικής αφορούν την αντιμετώπιση ασθενειών και την αύξηση της γεωργικής και κτηνοτροφικής παραγωγής.

Ανάμεσα στα προϊόντα που έχουν παραχθεί ή γίνονται προσπάθειες να παραχθούν με τη βοήθεια της γενετικής μηχανικής είναι:

Από τη δεκαετία του '80 και μετά αναπτύχθηκε η βιομηχανία παραγωγής προϊόντων από γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς. Τα προϊόντα αυτά ποικίλλουν και μπορεί να είναι τρόφιμα, φάρμακα, εμβόλια κ.ά. Επίσης, γενετικά τροποποιημένοι οργανισμοί (π.χ. βακτήρια) χρησιμοποιούνται ευρύτερα και για άλλους σκοπούς, όπως είναι ο καθαρισμός πετρελαιοκηλίδων και η καταπολέμηση των ζιζανίων στα χωράφια.

Σήμερα, περίπου 1.300 εταιρείες εργάζονται στον τομέα της βιοτεχνολογίας σε όλο τον κόσμο. Πολλά από τα προϊόντα που έχουν παραχθεί δεν ήταν επιτυχή ή είχαν μικρή εμπορική επιτυχία, όμως έχουν σημειωθεί και πολύ σημαντικά επιτεύγματα μέσα από αυτή την προσπάθεια.

Γονιδιακή θεραπεία

Τα τελευταία χρόνια, με τη χαρτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος έχουμε εντοπίσει τα περισσότερα γονίδια του ανθρώπου. Κατορθώσαμε δηλαδή να βρούμε τη θέση κάθε γονιδίου στα χρωμοσώματα, καθώς και την αλληλουχία των βάσεών του. Με τον τρόπο αυτό κατορθώσαμε να εντοπίσουμε και «παθολογικά» γονίδια που ευθύνονται για συγκεκριμένες κληρονομικές ασθένειες. Η αξιοποίηση αυτών των γνώσεων μάς δίνει τη δυνατότητα ακριβούς διάγνωσης ή και πρόγνωσης, αλλά και την ελπίδα της γονιδιακής θεραπείας. Με τη γονιδιακή θεραπεία στοχεύουμε στην εισαγωγή του φυσιολογικού γονιδίου στον ασθενή, ώστε να εξασφαλίζεται η ομαλή λειτουργία του οργανισμού του.

Οι ιοί στην υπηρεσία της γονιδιακής θεραπείας

Οι ιοί πολλαπλασιάζονται μόνο όταν βρεθούν μέσα σε κύτταρα-ξενιστές. Μετά την είσοδό του στο κύτταρο, ένας ιός δεν αρχίζει πάντα αμέσως να πολλαπλασιάζεται· το γενετικό του υλικό μπορεί να ενσωματωθεί στο γενετικό υλικό του κυττάρου, οπότε τα γονίδια του ιού «παρεμβάλλονται» ανάμεσα στα γονίδια του κυττάρου. Οι επιστήμονες εκμεταλλεύτηκαν αυτή τη χαρακτηριστική ιδιότητα των ιών στον τομέα της γονιδιακής θεραπείας, χρησιμοποιώντας τους για την εισαγωγή του φυσιολογικού γονιδίου σε άτομα που πάσχουν από κάποια κληρονομική ασθένεια.

Φυσικά, πρέπει να αποκλείεται η πιθανότητα να προκληθεί ίωση στο άτομο αυτό. Για τον σκοπό αυτό επιλέγονται κατάλληλοι ιοί που απενεργοποιούνται, ώστε να εξαλειφθούν τα παθογόνα τους χαρακτηριστικά. Με τεχνικές του ανασυνδυασμένου DNA εισάγεται το φυσιολογικό ανθρώπινο γονίδιο στο γενετικό υλικό των ιών. Στη συνέχεια, με αυτούς τους γενετικά τροποποιημένους ιούς «μολύνεται» ο ασθενής. Καθώς οι ιοί αυτοί ενσωματώνουν το γενετικό τους υλικό στο γενετικό υλικό των κυττάρων του ασθενή, ενσωματώνουν παράλληλα και το φυσιολογικό ανθρώπινο γονίδιο που μεταφέρουν.

Προς το παρόν, οι εφαρμογές της γονιδιακής θεραπείας είναι πολύ περιορισμένες. Η επιτυχία της δεν είναι πάντα εξασφαλισμένη και γι' αυτό αντιμετωπίζεται με επιφύλαξη. Ωστόσο έχουν γίνει επιτυχείς εφαρμογές σε ορισμένους ασθενείς και οι προσπάθειες συνεχίζονται. Στο μέλλον είναι πιθανό η γονιδιακή θεραπεία να εφαρμόζεται και σε έμβρυα, αν έχει διαπιστωθεί ότι φέρουν «παθολογικά» γονίδια.

Παραγωγή φαρμάκων, ορμονών και εμβολίων από γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς

Χαρακτηριστικό παράδειγμα ορμόνης που έχει παραχθεί με τη βοήθεια της γενετικής μηχανικής είναι η ινσουλίνη. Υπάρχουν όμως και πολλές άλλες ουσίες, όπως αντιβιοτικά και εμβόλια, που παράγονται με αυτόν τον τρόπο, ενώ γίνονται προσπάθειες να παραχθούν ακόμη περισσότερες. Για την παραγωγή τους χρησιμοποιούνται γενετικά τροποποιημένα βακτήρια. Γίνεται ωστόσο προσπάθεια να παράγονται και από άλλους γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς, όπως πρόβατα ή αγελάδες.

Η γενετική μηχανική έχει επεκταθεί και στη δημιουργία γενετικά τροποποιημένων φυτών. Τα φυτά αυτά περιέχουν πλέον γονίδια άλλων οργανισμών, με αποτέλεσμα να εμφανίζουν νέες επιθυμητές ιδιότητες και να παράγουν διάφορες ουσίες. Σε ορισμένα φυτά έχουν προστεθεί γονίδια που τα καθιστούν, για παράδειγμα, ανθεκτικά σε ορισμένα παράσιτα ή σε ακραίες καιρικές συνθήκες.

Η παραγωγή φαρμακευτικών πρωτεϊνών, εμβολίων και άλλων ουσιών με τις μεθόδους της γενετικής μηχανικής αποτελεί σήμερα αντικείμενο εντατικής επιστημονικής έρευνας.

Η βιοτεχνολογία στην υπηρεσία της αντιμετώπισης πετρελαιοκηλίδων

Ατυχήματα με πλοία-δεξαμενόπλοια, εκρήξεις κατά την υποθαλάσσια άντληση πετρελαίου, αλλά και εσκεμμένες ενέργειες του ανθρώπου έχουν προκαλέσει κατά καιρούς μεγάλες πετρελαιοκηλίδες στη θάλασσα. Το στρώμα του πετρελαίου που συσσωρεύεται στην επιφάνεια του νερού εμποδίζει το ηλιακό φως αλλά και το διοξείδιο του άνθρακα να εισχωρήσουν, παρεμποδίζοντας έτσι τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Επιπλέον, το πετρέλαιο είναι τοξικό για τα αυγά των ψαριών, ενώ τα ίδια τα ψάρια πεθαίνουν από ασφυξία επειδή τα βράγχιά τους φράσσονται από αυτό. Τα πτηνά που ζουν κοντά σε αυτά τα υδάτινα οικοσυστήματα και τρέφονται με υδρόβιους οργανισμούς πεθαίνουν από την κατάποση πετρελαίου· αν το φτέρωμά τους καλυφθεί από πετρέλαιο, καταστρέφεται η μονωτική του ικανότητα και το πτηνό πεθαίνει είτε από το κρύο είτε επειδή δεν μπορεί να πετάξει.

Οι πετρελαιοκηλίδες μπορούν να περιοριστούν από τη δράση αποικοδομητών, οι οποίοι διασπούν τις οργανικές ενώσεις του πετρελαίου. Με τις μεθόδους της βιοτεχνολογίας επιδιώκεται να βρεθούν αποτελεσματικοί τρόποι απορρύπανσης, κάτι στο οποίο θα συμβάλει ο εντοπισμός νέων στελεχών βακτηρίων με μεγάλη αναπαραγωγική ικανότητα, ώστε να διασπούν το πετρέλαιο ταχύτατα.