OSTVARIVANJE BOLJEG KVALTETA

UvodGenetičko inženjerstvo ili tehnologija

rekombinantne DNK uključuje niz tehnika kojima je moguće pronaći tačno određeni gen u genomu neke vrste, izolovati ga, klonirati ili ugraditi genom iste vrste ili neke druge vrste.

Genetičko inženjerstvo se uspešno primenjuje u naučnim istraživanjima i u postizanju korisnih svojstava u različitim vrstama organizama.

Primena genetičkog inženjerstva u gajenju biljaka i u proizvodnji hrane je novijeg datuma. Genetička analiza je teža nego analiza prokariotskih i animalnih ćelija iz sledećih razloga:

1. Biljke rastu relativno sporo i imaju relativno dugo generaciono vreme.

2. Biljke imaju izuzetno velike genome sa obično velikim brojem poliploidnih hromozoma.

3. Biljne ćelije su obavijene celulozom i ligninskim omotačem koji čini biljne ćelije vrlo otpornim na uvođenje stranih gena, odnosno strane DNK.

Početkom 1980-tih godina razvijena je tehnika za transformaciju dikotiledonskih biljaka. Korišćenjem tehnika PCR i sekvencioniranja DNK, početkom 21. veka je definisan kompletan genom biljke Arabidopsis thaliana i on predstavlja prvi poznati biljni genom.

U cilju identifikacije karakterističnih gena koji kodiraju određene prepoznatljive karakteristike biljaka, razvijeni su različiti genetički markeri biljaka:

RFLP (restriction fragment length polymorphisms)AFLP (amplified fragment length polymorphisms)RAPD-PCR(random amplified polymorphic DNA)SSR(microsatellites or sample seqeunece repeats)

Pomoću ovih markera definisanih kod biljaka bilo je moguće identifikovati gene koji su od značaja za gajenje određenih biljaka i njihovu upotrebu. Tako su identifikovani geni za:

Rezistenciju na štetočine i bolesti (viruse, bakterije, plesni, insekte)

Kvalitativne osobine određenih biljnih vrsta (geni za sladni kvalitet ječma, geni odgovorni za kvalitet skroba pšenice za hleb...)

Rezistenciju na uslove okoline (tolerancija na salinitet zemljišta ili na toksične elemente kao sto su bor i aluminijum)

Razvojne osobine (vreme cvetanja, dužina vegetacionog perioda)

U razvoju transgenih biljaka mogu se predvideti tri generacije ili tri etape u razvoju:

I generacija – transgene biljke sa osobinama koje utiču na produktivnost (tj. Rezistencija na herbicide, insekte i bolesti)

 II generacija – biljke sa ubačenim genima koji

određuju više osobina (npr. Kombinacija rezistencije na bolesti i specifičnih kvalitativnih osobina)

 III generacija – transgene biljke za različite

namene (npr. za ishranu, za goriva, za vlakna, podmazivanje, plastične mase, farmaceutske produkte, sirovine za industrijske produkte)

Transgene biljke su one biljke koje su genetski modifikovane, odnosno one u koje su ubačeni strani geni koji mogu poticati od srodnih ili udaljenih vrsta. Tehnike za dobijanje transgenih biljaka su:

 Transformacija pomoću Agrobacterium

tumefaciens kao vektoraBobmardovanje česticama (tehnika “genskog

pištolja”)Mikroinjektiranje Elektroporacija (pomoću električnog napona)

OSTVARIVANJE BOLJEG KVALITETA BILJAKA

Kvalitet se može jednostavno definisati kao zbir nutritivnih i tehnoloških osobina proizvoda. Željeni kvalitet proizvoda zavisi od njegove namene tj. da li će se koristiti u svežem stanju za ishranu ljudi ili životinja ili će se dalje prerađivati u prehrambene proizvode, ili će se koristiti kao sirovina za dobijanje drugih komercijalnih proizvoda.

U zavisnosti od određene namene potrebno je poboljšati ukus, trajnost, nutritivne karakteristike, izdvajanje metabolita itd.

Ostvarivanje veće trajnosti proizvoda

Fiziološko oštećenje biljaka prati spoljni stres koji uključuje fitopatogene infekcije, izlaganje ekstremnim temperaturama, solima, metalima i organskim kontaminantima. Da bi biljka dostigla zadovoljavajuću aromu tj. da bi dozrela neophodno je da odstoji neko vreme. U tom periodu dolazi do intenzivnog stvaranja etilena.

Mehanizam koji proizvodi etilen za normalni razvoj proizvodi „stresni” etilen koji je povezan sa biološkim stresom i napadom patogena.

PGPB (Plant Growth Promoting Bacteria) bakterije imaju enzim ACC deaminazu i kada su vezani za koren biljke mogu predstavljati mehanizam za kontrolu nivoa etilena. ACC deaminaza seče biljno proizveden prekursor etilena u biljkama i tako smanjuje nivo etilena u biljkama.

Da bi se ostvarila produžena trajnost koristi se više metoda genetskih manipulacija kao na primer isključivanje odnosno deaktivacija gena odgovornih za dozrevanje tj. gena koji kodiraju sintezu enzima poligalaktouroanze kod paradajza ili isključivanje gena koji sintetišu određene enzime u biohemijskom putu sinteze etilena. Prvi komercijalni proizvod ovakve genetske manipulacije u cilju postizanja veće trajnosti je paradajz.

Olakšavanjem formiranja dužeg korenja i izdanaka može se povećati mogućnost preživljavanja nekih mladica, posebno u prvim danima nakon što su zasađene.

Ostvarivanje boljih nutritivnih i tehnoloških osobina

Glavni izvor hrane i proteina za veliki deo populacije na zemlji predstavljaju žitarice koje su deficitarne u određenim aminokiselinama. Kukuruz i pšenica su deficitarni u lizinu,

treoninu i triptofanu.Leguminoze su deficitarne u metioninu i

cisteinu

Danas je moguće da se u biljke ubace geni koji su odgovorni za sintezu proteina koji su deficitarni. Ovi geni mogu poticati iz prirodnih izvora ili biti veštački sintetisani.

Na ovaj način se može uticati i na sadržaj ulja u biljkama uljaricama ili na sadržaj skroba, odnosno da sadržaj pojednih frakcija (amiloze i amilopektina) u skrobu biljaka koje služe kao izvori skroba.

Promena sastava i sadržaja ulja se može postići modifikovanjem enzima u putu sinteze masnih kiselina ili modifikacijom postojećih ili unošenjem novih gena. Ulja boljih nutritivnih osobina su stabilna pri višim temperaturama i koriste se kao sirovine u proizvodnji deterdženata, sapuna, kozmetičkih proizvoda...

Genetičke manipulacije u cilju modifikacije metabolizma

U metaboličkim i biohemijskim putevima biosinteza i protok metabolita prate faze razvoja biljke i uslove okoline. Distribucijom metabolita kontroliše se raspodela ugljenikovih jedinjenja u pravcu sinteze šećera, skroba, masti i ulja i ona se može menjati u toku razvoja biljke i sa promenom uslova okoline.

Prilikom napada patogena, u biljci dolazi do aktiviranja odbrambenih mehanizama. Manipulacijom regulatornih mehanizama se može povećati proizvodnja i prinos komercijalno važnih metabolita. Strategije za manipulaciju regulatornih mehanizama su specifične za svaki organizam i određenu potrebu.

Neke od njih su:

Promena nivoa signala metabolita i hormonaUklanjanje proizvoda da bi se promenila

ravnoteža reakcijeEkspresija heterolognih enzima ili drugih

kontrolnih regulatora da bi se prevazišao određeni endogeni regulatorni mehanizam

Isključivanje određenih gena

Ove strategije se često praktično izvode u biljkama u cilju povećanja produkcije određenih metabolita, zatim u cilju povećanja biosinteze ulja ili modifikacije skroba, kao i za smanjenje sadržaja lignina.

Genetičke manipulacije u cilju proizvodnje proteina (biljnih vakcina)

Transgene biljne vrste je moguće koristiti i za proizvodnju proteina tj. vakcina. Ovde je cilj da se određeni geni patogena ubace u biljku u kojoj će se stvoriti antitela. Cilj je da se antitela stvaraju u plodovima biljke ili delovima koji se tradicionalno koriste za ishranu.

Na primer konzumiranjem transgenih banana je moguće steći imunitet za određene patogene. Prednosti konzumiranja transgenih banana su:

nisu potrebne sterilne igle, edukovano osoblje

primenjuju se direktno bez prečišćavanjanema troškova skladištenja i transporta.

Ekonomske i tehničke prednosti su: „scale up” uključuje samo zasejavanje, strani proteini su biološki aktivni, skladište se u semenkama i vrlo su stabilni, mali rizik od kontaminacije proizvoda.

Interesantan je eksperiment izvršen sa bakterijom Streptoccocus mutant koja izaziva karijes zuba. Kada se delovi ove bakterije ubace i izvrši njihova ekspresija u jabuku, njenim konzumiranjem će se steći zaštita od karijesa.

ZaključakTehnologija rekombinantne DNK ili gentičko

inženjerstvo pruža neverovatne mogućnosti zapoboljšanje svojstava organizama koje koristi čovek. Genetičko inženjerstvo je trenutno jedina tehnologija koja se koristi u oplemenjivanju biljaka, čijom se primenom tačno zna kakva je promena u genetičkom materijalu uzrok novom svojstvu.