BiotechTTA 6 SZ

BiotechTTA 6 SZ - Pécs Miklós A biotechnológia természettudományi alapjai 6 Növényi biotechnológia 6 Növényi biotechnológia Alapfogalmak

Info iconThis preview shows page 1. Sign up to view the full content.

View Full Document Right Arrow Icon
This is the end of the preview. Sign up to access the rest of the document.

Unformatted text preview: Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai 6. Növényi biotechnológia 6. Növényi biotechnológia Alapfogalmak, módszerek 6.1 Növényi szövettenyésztés • • • • • • • • • Biológiai, biokémiai kutatás Vegetatív mikroszaporítás Szekunder metabolitok előállítása (gyógyszerek, pigmentek, alkaloidok, szteroidok) • GM növények előállítása A szövettenyésztés előnyei: – független: éghajlattól, kortól, betegségtől – termelés ellenőrizhető: pl. Kábítószereknél – olcsóbb lehet: verseny a technológiák között. Explantátum – merisztéma MS táptalaj Kallusztenyészet Szuszpenziós tenyészet Protoplaszt tenyészet Növényregenerálás 1 EXPLANTÁTUMOK 2 Merisztéma • A fiatal növény kedvezőbb, azonban ha túl kicsit vágunk annak nagy lesz a mortalitása. • Osztódó szövetek • Optimális méret: 2 mm • Merisztémából a növény regenerálható • Növekedési mutat polaritást • Hajtáson vagy gyökéren az ábrán pontokkal jelölt helyeken találhatók • Mikroszaporításhoz használják • Levél, gyökér, merisztéma 3 KALLUSZTENYÉSZET 4 KALLUSZTENYÉSZET • Dedifferenciálódott (totipotens) sejtek • MS tápközeg + auxinok, citokininek 5 BME Alkalmazott biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 6 1 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai Szuszpenziós tenyészet Szuszpenziós 6. Növényi biotechnológia PROTOPLASZT TENYÉSZET PROTOPLASZT Rendszerint nem különálló sejtek, Rendszerint hanem sejtcsomók • enzimes sejtfal lebontás (celluláz, pektináz) és/vagy mechanikus roncsolás • nagy ozmózisnyomás (szaharóz, mannitol) beállítása • nagyon érzékeny ozmotikus és mechanikai hatásokra • osztódásra, szaporodásra képes • a sejtfal újraszintézise kiváltható → kallusszá alakul → teljes növény Előállítása kallusz tenyészetből – centrifugával 50 rpm-el (=ülepítés) – kis mennyiségű sejtfalbontó enzim + szorbit – Auxinos MS tápközegben – megvilágítás 16 órán át 1000 luxszal 25-29 °C-on Gyorsabban nő, ezért 2 hetente szubkultúrás átoltás szükséges 7 8 EDÉNYEK, ESZKÖZÖK TENYÉSZTÉSI KÖRÜLMÉNYEK • Hőmérséklet: 15-32 ° befolyásolja a szaporodási C, sebességet • Gázösszetétel: néha 1-5 % CO2, etilén • Páratartalom: magas, az edényeken belül ~100% • Aktív szén: gyökérképződést elősegíti • A megvilágítás erőssége: 1000 – 4000 lux • A fény színe/hullámhossza befolyásolja a növény fejlődését: a kék fény a hajtás, a vörös fény a gyökérzet fejlődését segíti elő • A világos – sötét periódusok hossza is befolyásoló tényező Hasonlók a mikrobiológiai laborokban használatos eszközökhöz, de a légtér belmagassága nagy, hogy elférjen a növény. 9 EDÉNYEK, ESZKÖZÖK 10 MS táptalaj - Murashige és Skoog Makrokomponensek (g/l): NH4NO3 1,65 KNO3, 1,90 CaCl2*2H2O 0,44 MgSO4*7H2O 0,37 Egész növények nevelésénél tipikus: • konzerves/lekváros üveg, a fedelébe ütött lyukakban szivacsdugóval. Vitaminok (mg/l) mio-inozitol 100 nikotinsav 0,5 piridoxin-HCl 0,5 tiamin-HCl 0,5 glycin 2 • Erlenmeyer lombik, sokszor nyak nélkül 11 BME Alkalmazott biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 3% szaharóz, pH: 5,7-5,8 Mikrokomponensek, mg/l KI 0,83 H3BO3 6,2 MnSO4*4H2O 22,3 ZnSO4*7H2O 8,6 Na2MoO4 0,25 CuSO4*5H2O 0,025 CoCl2*6H2O 0,025 Vas, komplex formában FeSO4*7H2O 27,8 Na2EDTA*2H2O 37,3 12 2 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai 6. Növényi biotechnológia Növényregenerálás NÖVÉNYI HORMONOK • Donor tenyészet kiválasztása • Gibberellinek – elsősorban a lineáris növekedést csírázást, virágzást, gyümölcstermést fokozó hormonok • Steril fenntartás, génbank • Auxinok – a sejtosztódást és megnyúlást serkentik, a gyökér, szár, virág, gyümölcs növekedését szabályozzák • Citokininek – az auxin hatását moderálják. – Együtt a sejtosztódást stimulálják, – A citokininek visszafogják az auxin által kiváltott szármegnyúlást – Az auxin/citokinin arány szabályozza, hogy a kalluszból szár vagy gyökér lesz • Hajtástenyészet szaporítás • Gyökeresítés • Edzés, kiültetés • Etilén - érésszabályozó 13 14 Hajtástenyészetek Gyökeresítés • Gyökér nélküli hajtások növekedése táptalajon steril, kontrollált körülmények között • Előállítása: hajtásokból és levélhónaljban differenciálódó rügyekből, vagy kalluszból • Körülmények: – MS táptalaj kiegészítésekkel (auxin, pl. 2,4D) – Inkubáció: 8000 lux, 16 h, 18-30° C – Átoltási gyakoriság: 3-5 hét Energiatermelés: kettős – a táptalaj szaharóza – fotoszintézis (ha már kifejlődött a hajtás) . . A felszaporított hajtásokat kiültetés előtt gyökeresíteni kell: – A hajtásserkentők elnyomják a gyökérképződést – Hormonelvonással viszont indukálható – Vörös fény – Gyümölcsfáknál nehéz megvalósítani 15 16 Edzés, kiültetés 6.2. Génmanipulált növények • Steril körülmények között nem adaptálódott a környezethez fiziológiailag és szerkezetileg • Megvalósítás: üvegház és fóliasátor, fokozatos pára csökkentés és mikrobiális védelem • Kiszáradás-veszély, mert: – eddig 100% nedvességtartalmú térben nőtt – a légző nyílások nyitottak – vékony a viaszréteg a leveleken – gyengén fejlett gyökér – kevés vizet képes felvenni 17 BME Alkalmazott biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék A növényi génmanipuláció céljai: Ellenálló képesség fokozása (betegségek, gyomirtók, növényvédőszerek) Tűrőképeség fokozása (szárazság, hőmérséklet-ingadozás) Nitrogén-fixálás bevitele Hozam javítása (termés/felület/idő) Minőség/összetétel javítása (fehérjetartalom, aminosavösszetétel, eltarthatóság) 18 3 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai Vírusrezisztencia 6. Növényi biotechnológia Mikrobiális kórokozók elleni rezisztencia Baktériumok, gombák fertőzése ellen rezisztens növények előállítása A fertőzés lítikus enzimek (kitináz, β,1-3 glükanáz) képződését indukálja – de ezek induktív enzimek: lassan képződnek konstitutív génként építik be. Több mint 700 növénypatogén vírust ismerünk • Természetes vírusrezisztencia gének izolálása: – gyenge vírusfertőzés után a növény rezisztens lesz – tehénborsó: olyan enzimet termel, amely a vírus RNS-t darabolja – antivirális faktor termelés: vírus replikációt gátol • Vírus köpenyfehérjét termelő növény: - a fertőző vírus RNS visszakapszulázódik → dohány-, lucerna-, és uborkamozaik vírus Fitoalexinek: patogén-specifikus, induktív vegyületek. Leginkább a gombák és baktériumok ellen hatásosak. Fitoncidok: olyan - gyakran illó -, a baktériumokra kis koncentrációban is mérgező vegyületek, melyeket magasabb rendű növények termelnek. 19 20 Az amerikai kukoricabogár (Diabrotica virgifera) elterjedése 1992-2003 Rovarkártevők elleni rezisztencia Rovarkártev kémiai védekezés - inszekticidek: az ízeltlábú növényevő fajok rövid idő alatt ellenállóvá válnak; a monokultúra kedvez az elterjedésnek. enziminhibitorok (proteáz-, amiláz-) Természetes rezisztencia: borsó, bab, STI Bacillus thüringiesis toxin: a rovarok emésztését blokkolja. Növénybe beépített a toxin-gén jó eredmények 21 22 Szárazság- és sótűrő növények: Herbicid (gyomirtó) rezisztencia Bonyolult, specifikus mechanizmusok: pl. • ozmoprotektív fehérjék génjei, • jelátvitel módosítása stb. (napraforgó, dohány, rizs) A kémiai gyomirtó szerek száma 100 felett van. Minden gyomirtó szernek szelektívnek kell lennie: a haszonnövényt nem szabad károsítania, de a gyomok közül minél többet pusztítson el. Ha a bevitt gén a növényt védetté teszi: ezt a szelektivitást fokoztuk. Hideg- és fagytűrő növények fagyásvédő fehérjék, a jégkristály képződést akadályozzák. Anti-Freeze Proteinek (AFP): sarkvidéki halakból, rovarokból (de bejuttatásuk megzavarta a kukorica regeneráló képességét) A lipid összetétel változtatása a membránban (telítetlenek arányának növelése: deszaturázok mutációjával) a dohányban hidegtűrést eredményezett. Akkor van esély, ha egyetlen gén bevitelével meg lehet védeni a növényt. Pl.: – lebontó enzim bevitele – gátolt enzim túltermelése 23 BME Alkalmazott biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 24 4 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai 6. Növényi biotechnológia Kedvezőbb tápérték, egészségi haszon Élelmiszernövények minőségjavítása • Fehérjetartalom növelése • Kedvezőbb élvezeti érték • Hosszabb tárolhatóság • Esszenciális AS tartalom növelése • Kedvezőbb tápérték, egészségi haszon • Kedvezőbb fehérje összetétel • allergén fehérjék eliminálása • Megnövelt szénhidráttartalom • Megnövelt terméshozamok • Géntechnológia segítségével a növények természetes ásványianyag- és antioxidáns- (karotinoid, flavonoid, A-, C- és E-vitamin) tartalma is növelhető. • Érés, eltarthatóság szabályozása 25 26 Problémák 1: Fenntarthatóság Deklarált célok • Nagyüzemi módszerek esetén alkalmazható tenzív gazdálkodás további intenzifikálása • Környezetszennyezés csökkentése az in- • Szegénység és éhezés elleni küzdelem • Csak meghatározott GM vonalat szaporít fokozza a genetikai egyhangúságot a természetes biodiverzitás és a termeszthető fajták ellenében genetikai beszűkülés, beltenyésztettségi leromlás, esetleg nem várt kórokozók elleni védtelenség. • Betegségek, vitaminhiány megelőzése • Károsító rezisztencia alakulhat ki gombák, rovarok kifejlődése • Tudományos haladás szolgálata • Magas költségigény tőkekoncentráció gyártó cégek bekebelezése • Élelmiszerellátás javítása ellenálló gyomok, 27 vetőmag- 28 Problémák 2: Ökológia Tájvédelem, a hagyományos termesztési mód és életmód megőrzése • Természetes ökoszisztémák és agrár-ökoszisztémák felszámolása • Fokozott vegyszerhasználat (glifozát a talajvízben!) • A bevitt DNS fennmaradása, átalakulása • Génszökés : Transzgenikus mikroorganizmusok: rovarpatogén baktérium elterjedésének veszélye, antibiotikum-rezisztens baktériumtörzsek kialakulása (pl: Rhisomania rezisztencia gén szökése talajbaktériumokba) Transzgenikus növények: intraspecifikus hibridizáció vadon élő rokonokkal, interspecifikus hibridek keresztbeporzással, új virusok rekombinálódhatnak a GM növényekben A génmódosított populációk természetbe jutása megzavarhatja a táplálkozási láncot, és, a kölcsönhatásokat, megbonthatja a biológiai egyensúlyt. 29 BME Alkalmazott biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 30 5 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai A természetes ökoszisztémák megőrzése 6. Növényi biotechnológia Problémák 3: Génműködés A transzgén beépülésének helye véletlenszerű (más gének működését módosíthatja) A transzgén állandóan bekapcsolt állapotban van (mást is bekapcsolva tarthat) Idegen (nem tervezett) fehérjék szintetizálódhatnak Génátvitel veszélye bélbaktériumokba, utódokba (kísérleti adatok) 31 Problémák 4: Táplálkozás 32 Élelmiszerbiztonsági vizsgálatok • Allergének átvitele (szója metionin-dúsítása brazil dió génnel, szójaérzékenység növekedése Angliában) • A táplálék megváltozott tápanyag-összetétele • Nem kívánt gének aktíválása (pl.más aminosavat, fehérjét, toxint kódol) • Antibiotikum-rezisztencia gének emésztőrendszerbe jutása • Vektorok esetleges immunreakciója, vagy rekombinációja patogénné • Transzgén és a fehérje lebomlási sebessége – Világ: 8 év alatt 12 szakirodalom, ebből csak 2 független vizsgálat – USA: csak 1 FDA vizsgálat (FLAVR-SAVR paradicsom), Hibás kivitelezés, negatív adatok (gyomorvérzés) figyelmen kívül hagyása – Anglia: 3 éves kísérlet eredménye: sem általános engedélyezés, sem általános tiltás nem indokolt – Skócia: Pusztai Árpád kísérletei lektingénes burgonya: a transzgén nem, de a GM burgonya elváltozásokat okozott A céges vizsgálatok objektivitása kérdéses, bármely részük titkosítható! A tartamkísérletek lassítanák a GM fajták bevezetését, ezért nem végzik el. 33 A GMO kutatásban és forgalmazásban résztvevő (legnagyobb/multi) cégek • • • • • • Aventis/Bayer Monsanto Syngenta Delta and Pine Land Dow/Mycogen DuPont/Pioneer Hi-Bred 34 SZABADALMAZTATHATÓSÁG Precedens genetikai szabadalomra: USA olajbontó baktérium Azóta a GMO-kat szabadalmaztatják, a gazdákat felügyelik és feljelentik 35 BME Alkalmazott biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 36 6 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai Gazdasági következmények 6. Növényi biotechnológia Társadalmi következmények • A haszon a szabadalmasé, a következmény (környezet, egészségügy) a termelőké és a fogyasztóké • Mezőgazdasági megélhetés szűkülése • Vetőmag-előállítás koncentrálódása kevés kézben • Elszegényedés, jövedelemszivattyú fokozódása • Élelmiszerellátás koncentrálódási veszélye • Éhínség veszélyének fokozódása • WTO eljárás USA kezdeményezésre az EU ellen 300 M$ elmaradó haszon az EU moratórium miatt • Ősi jogok elvétele (nem lehet vetni) • Termelők kiszolgáltatottsága fokozódik – eladósodás, földek koncentrálódása cégeknél és bankoknál • A WTO mint a GMO-k elterjesztésének eszköze • Cartagenai jk. (50 ország ratifikálta) : csak az importőr beleegyezésével lehet GMO-t szállítani (ellentmond a WTO-nak – jogi csapda) 37 Morális szempontok • • • • • • • • 38 Összefoglalás • A GMO-k használatával nem az a baj, hogy bizonyosan ártalmasak, hanem,az,hogy nincs független tartamkísérletekkel bizonyítva a hatásuk A független kutatás és oktatás elsorvasztása Kutatás ipari megrendelésre – gyors haszon Témák alárendelése a cégek szempontjainak Szabad adat- és eszmecsere megtiltása A tudomány alapelve sérül – intézményes elhallgattatás Dönthet- e a kutató, hogy mit kutat? (autonómia vagy prostituálódás) Mindent kutatni kell, amire képesek vagyunk? (atombomba effektus) Dönthet-e a fogyasztó, hogy mit fogyaszt? (etikai, jogi, vallási szempontok) milliárd éves evolúciós fejlődés megerőszakolása géncserékkel (az emberiség hozzájárulása nélkül beindítható-e egy visszafordíthatatlan folyamat?) • Jelenlegi tudásunk szerint elterjedésüknek egészségügyi és ökológiai veszélyei lehetnek • Mindezeknél lényegesen nagyobb veszély a társadalmigazdasági hatás, az a törekvés, hogy néhány nagyvállalat rátegye a kezét az emberiség közös biológiai örökségére, befolyása alá vonja az élelmiszerforrásokat, kiszolgáltatott helyzetbe hozva emberek milliárdjait. 39 BME Alkalmazott biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 40 7 ...
View Full Document

This note was uploaded on 04/09/2012 for the course BIO 01 taught by Professor Miklospecs during the Spring '11 term at BME.

Ask a homework question - tutors are online