β-glukany – grupa polisacharydów. Są jednymi z głównych substancji antyżywieniowych pasz zawierających jęczmień i pszenicę. Glukany właściwie nie mają żadnych wartości odżywczych. Ich „antyżywieniowość” wynika z faktu, iż w przewodzie pokarmowym tworzą nierozpuszczalne frakcje roztworów o dużej lepkości. To zaś niekorzystnie odbija się na emulgacji tłuszczy, utrudniając ich trawienie i wchłanianie kwasów tłuszczowych. β-glukany zmniejszają również wchłanianie aminokwasów.
Przeżuwacze, posiadające wielokomorowe żołądki, trawią β-glukany dzięki obecności flory bakteryjnej w przedsionkach. Zwierzęta monogastryczne (świnia, drób czy ryby) nie potrafią rozkładać tych substancji. W przypadku drugiej grupy zwierząt stosuje się specjalne dodatki do pasz, które zawierają enzymy (β-glukanazy) hydrolizujące β-glukan. Najczęściej wykorzystuje się izomorfę β-1,3-1,4-glukanazy, która wykazuje największą wydajnością. Produktem rozkładu β-glukanów są niewielkie polimery glukozy. Oprócz „unieszkodliwienia” β-glukanów, suplementacja enzymami powoduje zwiększenie efektywności przyswajania pokarmów, zwiększa produktywność oraz reguluje skład mikroflory bakteryjnej jelit.
β-glukanaza jest produkowana w tzw. bioreaktorach, które zawierają grzyby np. Aspergillus japonicus, syntetyzujące enzym w swych komórkach. Proces ten jest efektywny i wydajny, niemniej ma kilka wad. Wymaga znacznych nakładów energetycznych, potrzebny jest zakup specjalistycznego (czytaj drogiego) sprzętu oraz powoduje wzrost zanieczyszczenia środowiska. Naukowcy z Chin do produkcji β-glukanazy postanowili wykorzystać rośliny GM. Rośliny wykorzystując darmową energię słoneczną mogą produkować enzym w swych komórkach. Nie potrzeba do tego dodatkowej energii i specjalistycznego sprzętu. W ten sposób można wyeliminować skomplikowany i szkodliwy dla środowiska proces technologiczny produkcji β-glukanazy. Chińczycy postanowili zmodyfikować kukurydzę, która miałaby stać się naturalnym bioreaktorem. Kukurydza stanowi główny dodatek pasz (ok. 50%) i jest uprawiana na całym świecie, co jest niewątpliwą zaletą.
Naukowcom z Chin udało się uzyskać transgeniczne rośliny, które produkowały zwiększone ilości β-glukanazy w ziarnie. W tym celu wykorzystali gen bgl7A grzybów z rodzaju Bispora sp.. Badacze nie skopiowali sekwencji genu. Posłużył on jako wzór, który został poddany obróbce bioinformatycznej celem optymalizacji sekwencji DNA. Zrobiono to, by po umieszczeniu sekwencji w komórkach roślin ekspresja genu była najefektywniejsza. Zoptymalizowanej sekwencji genu nadano nazwę bgl7Am. Warto zaznaczyć, iż mimo drobnych zmian na poziomie sekwencji, produkt ulepszonego genu – białko β-gluknaza posiadał taką samą sekwencję aminokwasową jak enzym Bispora sp.. Zoptymalizowany gen zsyntetyzowano i wklonowano następnie do wektora pUC57.
Kolejnym etapem było zaprojektowanie wektora (pHP20754), który posłużył do skonstruowania kasety ekspresyjnej (transgen). Kaseta ekspresyjna, która ulegała integracji z genomem rośliny, zawierała sekwencję tkankowo-specyficznego promotora („włącznik” genu) ZM-leglA Pro, sekwencję peptydu sygnałowego „wakuoli” (VTS) oraz terminator („wyłącznik” genu) ZM-lel Term. Gen bgl7Am został wycięty z wektora pUC57, za pomocą enzymów restrykcyjnych (BamHI i XmaI) i przeniesiony do wektora pHP20754. Wygląd wektora zawierającego kasetę ekspresyjną jest ukazany na rysunku nr 1. Do transformacji komórek kukurydzy nie wykorzystywano całego wektora, więc należało wyciąć z niego tylko kasetę ekspresyjną (enzymem PvuII – miejsce cięcia widoczne na schemacie).
Rysunek 1. Wektor pHP20754-bgl7Am.
Zanim jednak przystąpiono do wykonywania doświadczeń transformacyjnych, skonstruowano drugą kasetę, która zawierała gen bar. Gen ten jest tzw. genem markerowym, umożliwiającym selekcję roślin po wykonaniu doświadczeń transformacyjnych. Rośliny, które udało się z sukcesem stransformować (zawierające kasetę z genem bar), będą rosły na pożywkach z dodatkiem herbicydu (np. Basta), rośliny niezmodyfikowane umrą.
Dwie kasety ekspresyjne (z genem bgl7Am i genem bar) mieszano ze sobą w stosunku 1:1, opłaszczano nimi wolframowe (lub złote) kulki. Sekwencje DNA (kasety ekspresyjne) przyklejają się do powierzchni kulek. Kulki pełnią rolę pocisków i wykorzystywane są w specjalnych urządzeniach (tzw. Gene gun) do, dosłownie, strzelania w kierunku fragmentu tkanki roślinnej. Kulki zapewniają odpowiednią penetracją komórek roślinnych. W komórkach kasety ekspresyjne „odklejają się” i łączą się z genomem gospodarza. Jest to transformacja roślin tzw. metodą biolistyczną.
W kolejnych etapach transformowane tkanki umieszczane były na pożywkach zawierających czynnik selekcyjny (herbicyd), na których przeżywają tylko rośliny skutecznie stranformowane. Dodatkowym potwierdzeniem integracji kaset ekspresyjnych (transgenów) z genomoem gospodarza były analizy molekularne (metoda PCR oraz hybrydyzacja Southern). Wykonano szereg analiz biochemicznych, w których oceniano charakterystykę i efektywność działania produktu transgenu, czyli enzymu β-gluknazy.
W wyniku przeprowadzonych doświadczeń uzyskano 24 linie transgenicznych roślin. Spośród nich wybrano trzy linie, z których wyprowadzano kolejne pokolenia. W tym czasie przeprowadzano szereg analiz. Nie stwierdzono, by obecność transgenu i jego produktu spowodowała negatywny wpływ na rośliny. Z transgenicznych roślin izolowano rekombinowaną β-glukanazę i porównywano z odpowiednikiem z grzybów. Okazało się, że rekombinowane białko jest bardziej stabilne w wys. temperaturach oraz w mniejszym stopniu traci swe właściwości w procesach granulacji pasz. Jednym słowem, enzym z transgenicznej kukurydzy działał prawidłowo (a nawet ciut lepiej).
Analizy wykonane przez chińskich naukowców wykazały, że produkują one wystarczającą ilość β-glukanazy, zapewniającą skuteczną suplementację pasz. To znaczy, że możliwe jest zastąpienie enzymów z grzybów ziarnem modyfikowanej kukurydzy. Teraz naukowcy planują przeprowadzenie doświadczeń na zwierzętach. Nawet jeśli wyniki badań będą obiecujące, producenci pasz nieprędko będą mogli skorzystać z ziaren modyfikowanej kukurydzy. Powodem jest oczywiście to, że ulepszona kukurydza to tzw. GMO. Proces autoryzacji (dopuszczania odmiany GMO na rynek) ciągnąć się będzie latami. Szkoda, bo tego typu rośliny sprzyjają kondycji środowiska poprzez zastępowanie szkodliwych i energochłonnych procesów technologicznych.
Projekt ulepszenia kukurydzy enzymami wykorzystywanymi w suplementacji pasz nie jest jedynym tego rodzaju. Innemu zespołowi z Chińskiej Akademii Nauk udało się uzyskać kukurydzę, która produkowała zwiększone ilości fitazy. Enzym ten trawi fityny, cenne źródło fosforu niedostępne dla zwierząt monogastrycznych, które nie trawią fityn. Fitaza jest produkowana w bioreaktorach mikrobiologicznych i dodawana do pasz. Dzięki transgenicznym roślinom można zrezygnować z tego procesu. A jeśli połączyć ze sobą kukurydzę zawierającą fitazę i β-glukanazę to moglibyśmy zrezygnować z dwóch procesów, które nie są zbyt przyjazne dla środowiska.
PS. Nie słyszałem by w sprawie ulepszonej kukurydzy z genem β-glukanazy głos zabrali ekologiści zwalczający GMO. Domyślam się, że reakcja będzie mniej więcej taka:
„Kukurydza z genem grzyba? To wbrew prawom Natury! Przecież jak się postawi kukurydzę obok tego grzyba, to nie ma możliwości by te geny z jednego do drugiego tak same przeskoczyły. Poza tym ta kukurydza to przecież GMO! A jak GMO to przecież Monsanto. A jak Monsanto to Agent Orange. A jak Agent Orange to Wietnam. A Wietnam to prawie to samo co Chiny. A ta kukurydza przecież z Chin!”
Inne wpisy z cyklu Po co to Gieemo:
Moda genetycznie modyfikowana,
Pszenica odstraszająca mszyce,
Ryż C4,
GMO na suszę,
GMO z pomocą zagrożonym gatunkom drzew,
ORF Genetics,
Na biegunkę – koza,
Hipoalergiczne jabłko,
WEMA,
Kontrowersyjny łosoś AquAdvantage,
Transgeniczne pomidory z genem Bs2,
Ziemniak odporny na zarazę,
Historia buraka HT,
Szczepionka w glonach przeciw malarii,
Pszenica i skrobia oporna,
Drzewka cytrusowe odporne na HLB,
Ekoświnie – Game Over?
Wydajne odmiany zbóż odporne na suszę i nie tylko,
Paliwo w tytoniu,
Arktyczne jabłka,
Zdrowsze (trochę) frytki i chipsy dzięki GMO,
Pierwsze owady GMO w Europie,
Rośliny przyszłości,
Tęczowa papaja.
17 stycznia o godz. 15:54 52624
Oh, wow, chyba pierwszy raz notka tak szczegółowo wchodząca w detale procesu uzyskiwania GMO. Ciekawe czy się czytelnikom spodoba 🙂 Mi wydaje się, że taka ilość detali jest jednak nieco nudnawa…
17 stycznia o godz. 21:09 52636
@Gronkowiec
„Mi wydaje się, że taka ilość detali jest jednak nieco nudnawa…”
Mi też tak się wydaję. Jednak swego czasu niektóre osoby prosiły o więcej informacji „technicznych”. Pojawiła się okazja, więc skorzystałem.
17 stycznia o godz. 22:06 52638
No, w sumie dobry pomysł raz na jakiś czas 🙂 Ja tyle tego czytam w pracy, że już mam tego dość, ale dla kogoś to może być nowe i wciągające. Byle nie za często! 🙂
P.S.: Jako że historia dzieje się w Chinach, to jakoś nie wyobrażam sobie tego „procesu autoryzacji ciągnącego się latami”. To nie UE.
19 stycznia o godz. 4:05 52828
Myślę, że raz na jakiś czas można opublikować bardziej techniczny tekst. Specjalistycznych tekstów w polskim internecie jest jak na lekarstwo.