Muuntogeeninen ravinto

Jalostuksen tulokset herättävät paljon kritiikkiä. Muuntogeenisellä ravinnolla tarkoitetaan tuotteita, joiden raaka-aineena on ollut muuntogeeniset eliöt, ja media kutsuukin sitä (kenties virheellisesti) geeniruuaksi. Nykyisin suuri osa ruuasta on jollain tapaa muuntogeenistä, muuntelu ei suuremmin vaikuta makuun tai rakenteeseen, vaan se lähinnä parantaa rikkaruohojen ja tuhohyönteisten torjuntaa. Muuntogeenisen ruuan lopullisessa tuotteessa on jonkin toisen eliön DNA:ta.

Suomessa muuntogeeniset kasvit sellaisenaan ovat huomattavasti harvinaisempia kuin esim. Amerikassa, mutta tutkijat uskovat, että pian kaupan vihanneshyllyt pullistelevat muuntogeenisiä vihanneksia ja hedelmiä. Muuntoogeeniset elintarvikkeet eivät sen sijaan ole Suomessa harvinaisia, monet tomaattipurkit voivat hyvin olla muuntogeenisistä tomaateista. Niillä on tiukka valvonta, ja niiden etiketissä on ilmoitettava muuntogeenisyydestä, mutta jos tuote itsessään ei sisällä muuntogeenisyydestä kieliviä ainesosia, ei sitä tarvitse ilmoittaa. Tästä esimerkkinä siemenöljy. Se ei sisällä ainesosia, joita ei olisi luonnollisesti valmistetussa öljyssä. Muuntogeenisyyttä koskevat lait poikkeavat silti paljon maasta riippuen.

Kuluttajat eivät pidä muuntogeenistä ravintoa tarkoituksenmukaisena, koska muuntelulla ei ole terveysvaikutuksia tai muitakaan tuotetta parantavia ominaisuuksia. Väestö on kuitenkin jakautunut pitkälti muuntogeenisyyttä ehdottomasti vastustaviin, sekä sen suopeasti salliviin. Muuntogeenisen ravinnon haitoista ihmiselle ei vielä tiedetä tarpeeksi, tällä hetkellä suurin haitta ovat allergisten reaktioiden yleistyminen, koska muuntogeeniset kasvit ovat proteineiltaan erilaisia luonnollisiin lajitovereihinsa nähden. Kuluttajat pitävät epäeettisenä sitä, että muuntogeenisyydessä siirretään täysin eri laijeilta geenejä toisilleen. Tämä on monen mielestä turhaa luonnonkulun sörkkimistä. Muuntogeenisen ravinnon ympäristöhaittoja ei olla vielä tutkittu tarpeeksi.

-Danja

Bioaseet ja bioterrorismi

Bioaseiden kehittämistä pidetään bioteknologian vakavimpana uhkana. Biologisia aseita on käytetty sodankäynnissä useita kertoja. Bioaseita ovat bakteerit, virukset, sienet, jotkut alkueliöt sekä myöskin eläin-, kasvi- ja mikrobiperäiset myrkyt. Niiden käyttö, valmistus ja säilyttäminen on jo pitkään ollut kiellettyä kansainvälisin sopimuksin. Käytännössä bioaseita ei siis pitäisi olla lainkaan olemassa. Monet tiedot ja tutkimukset kuitenkin viittaavat siihen, etteivät sopimukset ole pitäneet, eli sopimuksen allekirjoittaneet valtiot eivät noudata niitä.

Bioaseet on jaettu kolmeen eri luokkaan: A-, B- ja C-luokkaan, joista A on vaarallisin. Esimerkiksi A-luokkaan kuuluvat, pernarutto, rutto, isorokkovirus, Ebola ja Marburg. Esimerkiksi isorokkoon ei ole hoitoa, eli sillä saisi helposti aikaan maailmanlaajuisen epidemian. Suhteessa muihin aseisiin biologisten aseiden etuja ovat erityisesti kyky lisääntyä elimistössä ja ne ovat vaikeasti havaittavia.

Bioteknologian ansioista voidaan tuottaa aivan uudenlaisia, entistä vaarallisempia aseita. Bioteknologian avulla luonnossa esiintyvistä vaarattomista aineista saadaan vaarallisia. Myös taudinaiheuttajamikrobeja voidaan muokata esimerkiksi siten, että ne aiheuttavat vakavamman ja tappavamman taudin kuin alkuperäinen kanta. On myös mahdollista jalostaa mikrobeja, joiden kyky tuottaa myrkkyä on jopa 100 kertaa tehokkaampi kuin luonnonkannan. Niitä voidaan muokata myös sellaisiksi, että ne ovat vastustuskykyisiä antibiooteille, jolloin niitä vastaan on vaikea suojautua.

-Hilu

DNA:n eristäminen ja puhdistaminen

-Hilu

Geenikirjastot

DNA:ta varastoidaan bakteereihin ja näitä bakteeriviljelmiä, joissa geenejä säilytetään, kutsutaan geenikirjastoiksi. Bakteerit ovat siitä käteviä "varastoja" että niiden jakautuessa ne monistavat eli kloonaavat myös niihin varastoidun DNA:n. Näin bakteerit valjastetaan tuottamaan siirrettyä DNA:ta. Bakteerien rengasmaisia DNA-molekyylejä kutsutaan plasmideiksi. Näihin plasmideihin DNA siirretään. Myös keinotekoisten kromosomien avulla voidaan siirtää DNA:ta esim. hiivasoluun.

Geenejä on myös tärkeää saada poimittua bakteeriviljelmien lukuisista pesäkkeistä pois. Tämän vuoksi plasmidissa täytyy olla etsimistä helpottavia osia. Tällaiseksi osaksi sopii esim. plasmidissa valmiiksi oleva antibioottiresistenssin aikaansaava geeni. Geeninsiirto on onnistunut jos bakteerit ovat säilyneet elossa niihin lisätystä antibiootista huolimatta. Tätä antibiootin avulla tehtävää seulontaa suuresta bakteerimäärästä kutsutaan antibioottivalinnaksi.

 

Geenirkirjastoja on kahdenlaisia

On olemassa genomisia geenikirjastoja sekä vastin-DNA-kirjastoja. Genomiset geenikirjastot sisältävät lajin koko DNA:n, johon sisältyvät myös geenien säätelyalueet. Vastin-DNA-kirjastoissa lähetti-RNA:sta muokataan käänteiskipioijaentsyymin avulla vastin-DNA, joka liitetään bakteerien plasmideihin. Vastin-DNA-kirjastoissa ei ole säätelyalueita. 

 

Noora

 

Geenihoito

Geenihoito

Geenihoidon tarkoituksena on sairauden parantaminen tai ennaltaehkäisy geenien kautta. Geenihoito perustuu vahvasti geenisiirtoon. Geenihoidossa pyritään korvaamaan viallinen geenin versio tai kokonaan puuttuva tai toimimaton geeni normaalisti toimivalla versiolla. Viallinen proteiini tai proteiinimäärän puutteet pyritään normalisoimaan samalla tavalla. Geenihoidossa ei kuitenkaan korvata viallista geeniä, vaan sairaan kudoksen geeneihin siirretään toimiva geeni, jolloin siirretty geeni alkaa vaikuttamaan antamalla ohjeita, joiden mukaan elimistöön alkaa syntyä puuttuvaa proteiinia. Geenihoidon onnistumisen edellytyksenä on se, että tunnetaan kyseisen geenin terveen version emäsjärjestys.

Geenien säätelyosat vaikuttavat pitkälti siihen, miten geeni toimii, joten geenihoito voidaan kohdistaa vain säätelyosaan. Perimään geenihoidolla ei voida kuitenkaan vaikuttaa, viallinen geeni jää perimään ja voi hyvin periytyä jälkeläisille. Anti-sense-menetelmä on ainoa keino, jolla voi olla mahdollista saada ”viallinen” geeniperimä hybridisoitua tehottomaksi, jolloin se ei siirry jälkeläisiin. Laki kieltää kuitenkin kajoamisen sukusoluja tuottaviin ituradan soluihin suurimmassa osassa tapauksista. Geenihoito tanssii muutenkin laillisuuden rajoilla, sitä ei saa käyttää sairauksiin, joihin voi olla muu parannuskeino. Se on sallittu lukuisien riskiensä vuoksi vain sellaisten sairauksien hoidossa, jotka johtavat kuolemaan, eikä niihin ole muita parannuskeinoja.

Geenihoito on yksinkertaista, geeni ja sen säätelyalue liitetään yleensä lisääntymiskyvyttömäksi tehtyyn vektoriin, joka on siis useimmin virus. Virukset ovat parhaita vektoreita siksi, että ne ovat evoluutionsa aikana oppineet tunkeutumaan soluihin ja lisääntymään niissä paremmin kuin muut vektoreiksi sopivat.

Geenihoitoa joudutaan yleensä tekemään useammin kuin kerran geenien uusiutuvuuden ja elimistön monimuotoisuuden vuoksi.

Geenisiirrot

 Geenisiirrot ovat oleellinen osa geenihoitoa. Aiemmin geenisiirtoja tehtiin niin, että potilaalta otettiin näitä ”viallisia” soluja, joita sitten viljeltiin soluviljelmässä ja virheen korjaava geeni siirrettiin vektorin avulla viallisiin geeneihin. Kun hoitavat geenit oli saatu osaksi viallisia geenejä ja niiden perimää, ne siirrettiin takaisin potilaan kehoon ja siellä ne alkoivat antamaan ohjeita korvatakseen vialliset solut.

Nykyisin edellä mainitulle geenihoitovaihtoehdolle on haastaja; geenisiirto tehdään suoraan potilaaseen. Siinä parantavia geenejä ruiskutetaan suoraan siihen kudokseen, jossa ongelma on. Hyviä tuloksia tästä on saatu esimerkiksi pahanlaatuisten aivokasvainpotilaiden parissa, joiden elinikä nousi 39 viikosta 71 viikkoon.

Geenihoito on silti erittäin riskialtista, ja sen vuoksi sen onkin niin laittoman ja laillisen rajamailla pyörivää. Geenisiirtoa ei osata tehdä kohdistetusti vielä meidän tietämyksellämme. Siirretty geeni voi kiinnittyä mihin tahansa kohtaan potilaan solun DNA:ssa, pahimmillaan se voi aktivoida jonkin syöpägeenin. Myöskään geenisiirto haluttuun kudokseen ei aina onnistu, jolla voi olla tuhoisat seuraukset. Tähän etsitään ratkaisua solutyypeille tunnusomaisista pintaproteiineista. Vektoriin voitaisiin liittää ns. postitusosoite, jolla se tunnistaisi kohteensa. Vektorien tehottomuus siirtogeenien kuljettajina on myös ongelma. Siirretyn geenin toiminta loppuu vähitellen tämän vuoksi.

Geenihoidot herättävät paljon kritiikkiä. Ne ovat kalliita ja vaativat erittäin hyvin koulutetun henkilökunnan. Se on kuitenkin alati kehittyvä ala, jota pyritään parantamaan toimivammaksi. 

-Danja

Geenin siirto

Miksi?

Siirtämällä geenejä eliöstä toiseen on mahdollista selvittää, miten jokin geeni toimii ja ilmenee eri lajeissa, soluissa, ympäristössä tai yksilön kehityksen eri vaiheissa. Siirron myötä voidaan luoda eliölle myös sellainen ominaisuus, jota sillä ei ole koskaan aikaisemmin ollut.

Eliötä sanotaan muutosgeeniksi, mikäli sen perimää on muokattu. Muutosgeenit voidaan jakaa kahteen ryhmään: siirtogeeneihin ja poistogeeneihin. Jos eliöön on lisätty joku uusi geeni, sitä kutsutaan siirtogeeniksi, siirrettävä geeni voi olla saman lajin toisesta yksilöstä, lajista tai jopa eri kunnasta. Joskus voidaan siirtää myös keinotekoisesti luotu geeni. Jos eliön omista geeneistä jokin on tehty toimintakyvyttömäksi, sitä kutsutaan poistogeeniksi.

Menetelmä

1.  Mikroinjektio on menetelmä, jossa ohuen lasiputken avulla siirretään vierasta DNA:ta kohdesolun tumaan. Menetelmä on hidas ja hyvin tarkkuutta vaativa.

Hedelmöityshoidoissa käytetään myös mikroinjektiota. Mikrohedelmöityksessä yksi siittiö ruiskutetaan ohuella putkella munasolun sisään. Nykyään näissä hedelmöityshoidoissa tulokset ovat olleet hyviä.

2.  Geeni voidaan siirtää kohdesoluun myös solulle annettavan sähköpulssin avulla. Sähkövirta lisää kohdesolun solukalvon läpäisevyyttä ja vieras DNA saadaan helpommin solun sisään.

3. Geenejä siirretään myös geenipyssyn avulla. Pyssy ampuu DNA:lla päällystettyjä pieniä kultahippusia soluihin. Pieni osa kultahippujen pinnalla olevasta DNA:sta irtoaa ja kulkeutuu solun tumaan.

Yksilön tunnistus DNA:n avulla

DNA:n koodi kertoo lajin ja alkuperän

Eläinten ja kasvien DNA-koodien avulla uusien lajien tunnistus ja vanhojen lajien luokittelu käy helposti. DNA-koodin avulla voidaan seurata myös villieläimiin ja kasveihin kohdistuvaa rikollisuutta. DNA-tutkimuksen avulla voidaan saada selville laittomasti metsästetyn tai kaapatun uhanalaisen eläimen alkuperä, sen vanhemmat ja miltä alueelta yksilö on peräisin. 

DNA-analyysiä käytetään myös kasvilajikkeiden sekä huumekasvien ja niiden siementen tunnistamiseen. DNA:n perustella on myös mahdollista tunnistaa muutosgeeniset lajikkeet ja seurata niiden mahdollista leviämistä ympäristöön. Kasveista ja eläimistä peräisin olevia näytteitä hyödynnetään myös rikostutkimuksissa. Epäilyn vaatteista löytyvä kasvin osasta tai eläimen karvasta voidaan mahdollisesti selvittää onko kyseinen henkilö ollut rikospaikalla.

Mm. rotukoirien puhdasrotuisuuden tarkistuksessa köytetään DNA-tunnistusta. Koirasta ja koiran vanhemmista otetuista näytteistä voidaan selvittää koiran polveutuminen ja näin varmistaa sen puhdasrotuisuus, joka on rotukoiran ostajalle ja kasvattajalle tärkeää.

Norsuluun salakaupan kartoittamisessa on käytetty myös hyödyksi DNA-tunnistetta. Afrikkalaisten norsujen geneettinen kartoitus on auttanut viranomaisia selvittämään takavarikoitujen norsunluiden alkuperää. Erityisesti metsänorsujen elinalueet pystytään jäljittämään DNA:n perusteella, koska ne elävät eristäytyneessä populaatiossa.

Myös uhanalaisten merikilpikonnien salakuljetus Nicaraguasta Yhdysvaltoihin paljastettiin DNA-tunnistuksen avulla. 

Biometria

Biometria tarkoittaa yksilön ainutkertaisiin biologisiin ominaisuuksiin perustuvaa tunnistusta. Ihmisen voi tunnistaa biologisten ominaisuuksien kuten kasvonpiirteiden, silmien iiristen. sormen jälkien ja puheäänen perusteella. Biometristä tunnistusta käytetään mm. lentokentillä ja suljettujen laitosten kulkuvalvonnassa (sormenjäljet).

Biometrian menetelmistä hyvä esimerkki on biopassit. Biopassissa on nuppineulanpään kokoinen mikrosiru johon on tallennettu digitaalisesti henkilötiedot, nimikirjoitus ja kasvokuva. Biopassissa ei ole sen enempää tallennetta kuin normaalissa passissa, mutta digitaalisen informaation takia passi on vaikeampi väärentää.

Passintarkastuksessa automaatti kuvaa kohdehenkilön kasvot ja vertaa kuvaa passiin tallennettuun kuvaan. Passin siruun on mahdollista tallentaa myös iiriskuva ja sormenjäljet.

Iiriskuva perustuu jokaisen ihmisen yksilölliseen kuviointiin silmän värikalvossa eli iiriksessä. Kuviointi on erilainen jopa ientissillä kaksosilla.

Sormenjälkitunnistus taas perustuu ihmisen sormessa oleviin yksilöllisiin ihoharjanteisiin. Harjanteet jaetaan kaariin, kierteisiin  ja silmukoihin, mutta ne ovat kuitenkin jokaisella ihmisellä erilaiset.

Kasvotunnistuksessa passintarkastuslaite kuvaa kasvot ja vertailee niitä passin kuvaan. Laite vertailee silmänympäryksiä, nenän piirteitä ja suun mittasuhteita. Kasvotunnistuksessa on ongelma ikääntymisen myötä muuttuvat kasvot. Tunnistukseen vaikuttavat myös ilmeiden vaihtelevuus ja vahva meikki.

Kirjoittaja: Aino

Valinta- ja risteytysjalostus

Maailman väkiluku kasvaa koko ajan, joten ruokaa täytyy tulevaisuudessa tuottaa jopa 70% nykyistä enemmän, jotta ruokaa olisi tarpeeksi kaikille. Ihminen jalostaakin monista kasveista vahvempia ja runsassatoisempia kuin ne luonnonvaraisesti olisivat. Jalostuksessa onkin kysymys kasvien ja eläinten ominaisuuksien parantamisesta. Jalostuksella kasveihin halutaan lisätä esim. kylmänkestävyyttä ja tuholaisten sekä tautien kestävyyttä.
Jalostuksen tavoitteet eivät pysy koko ajan samoina, sillä kuluttajien mielipiteet ja terveysvaatimukset muuttuvat. Ihminen suosiikin jalostuksessaan ääriominaisuuksia, toisin kuin luonto.

Valintajalostuksella valitaan sukua jatkamaan se yksilö, joka ilmentää parhaiten ihmisen mielestä tärkeimpiä ominaisuuksia. Valintajalostuksen ongelmana on, että ihmisen haluamia ominaisuuksia säätelee monta eri geeniä. Siksi valintajalostus onkin usein hidasta ja voi epäonnistua.

Risteytysjalostuksen päämääränä on uudet ominaisuusyhdistelmät. Tämän takia jalostuksen kautta syntyneitä lajeja risteytetään maatiaislajien (= viljelykasvien tai tuotantoeläinten jalostamattomia muotoja) kanssa. Maatiaislajeilla on usein luonnonvalinnan suosimia ominaisuuksia.
Toivottujen ominaisuuksien alleelit olisivat hyvä olla homotsygoottisia, jotta ominaisuus säilyisi sukupolvesta toiseen. Joissakin tapauksissa on heterotsygoottisten yksilöiden on kuitenkin todettu olevan parempia. Tätä heterotsygoottien paremmuutta kutsutaan heteroosiksi. Heteroosissa jälkeläisten ominaisuuksien ennustaminen on kuitenkin vaikeampaa.

Noora

Rokotteet

Bakteeri- ja virustautien ennaltaehkäisyyn käytetään rokotteita eli aktiivista immunisointia. Geeniteknologian kehittyessä myös rokotteista kehitetään yhä tehokkaampia. Bakteerit ja virukset muuntelevat kovalla vauhdilla, jonka vuoksia uusia rokotuksia on kehiteltävä jatkuvasti. Esim. influenssarokote on uusittava ja muokattava vuosittain vastaamaan löytyneitä influenssaviruksia. Viruksen pintarakenne saattaa muuttua epidemian aikana, jonka vuoksi rokotteet eivät aina tehoa. Esimerkiksi HI-virukselle ei ole olemassa toimivaa rokotetta, sillä HI-viruksen muuntumistahti on hyvin nopea.

Bioteknologian avulla rokotteista pyritään kehittämään mahdollisimman edullisia ja helposti saatavia, sillä nämä asiat muodostavat suuren ongelman köyhissä maissa mm. malarian ja aidsin kanssa. Rokotteista saadaan halvempia jos ne valmistetaan esim. jalostetuista kasveista.

Rokotteen sisältämät aineet voidaan jakaa vaikuttaviin aineisiin ja apuaineisiin. Vaikuttavat aineet ovat taudinaiheuttajia tai sen osia, joita tarvitaan elimistön puolusreaktion heräämiseen. Taudinaiheuttajista on muokattu laboratorioissa joko inaktivoituja eli tapettuja tai ne on pidetty elossa, mutta niitä on heikennytty niin, etteivät ne voi aiheuttaa tautia. Nykyisin heikennettyjen tai tapettujen mikrobien tilalla käytetään usein mikrobien pintaproteiineja, jotka toimivat antigeeneinä käynnistäen elimistön immuunijärjestelmän toiminnan. Apuaineita tarvitaan rokotteisiin niiden tehon, säilyvyyden ja käyttöominaisuuksien vuoksi. Ne voivat olla esimerkiksi tehosteaineita, jotka nimensä mukaisesti tehostavat tapettujen taudinaiheuttajien aikaansaamaa puolustusreaktiota.

Rokotteen valmistus geenitekniikan avulla:

Hiivasoluissa valmistetaan hepatiitti-B-rokote. Antigeeninä rokotteessa toimivan viruksen pintaproteiinin geeni laitetaan hiivasolun plasmidiin. Plasmidi siirretään hiivasoluun, jonka jälkeen hiivasolu alkaa lisääntyä. Uusilla hiivasoluilla on sisällään vieraan geenin sisältämä plasmidi. Hiivasolut ohjaavat geenituotteet ulkopuolelleen, josta proteiinit eristetään helposti. Tämä proteiini puhdistetaan ja rokote on valmis. 

Jenni

BIOTEKNOLOGIA YMPÄRISTÖTEKNOLOGIASSA JA TEOLLISUUDESSA

Teollisuudessa uusilla tuotantoprosessilla pyritään säästämään, energiaa, raaka-aineita ja ympäristöä sekä parantamaan tuotteen ominaisuuksia. Biotekniikkaa hyödyntäviä teollisuuden aloja kutsutaan bioteollisuudeksi. Bioteollisuudessa valmistetaan joko uusia tuotteita tai keksitään parempia tuotantomenetelmiä jo olemassa oleville. Tärkeitä bioteollisuuden keksintöjä on ollut biohajoavan muovin keksiminen. Biohajoava muovi on ekologista sillä se on valmistettu kasvitärkkelyksestä kun taas tavallinen muovi öljystä, joka on uusiutumaton luonnonvara. Biohajoavasta muovista voidaan valmistaa esim. kertakäyttöastioita tai jätepusseja.  

Entsyymit

Entsyymit ovat tärkeä bioteknologian työkalu. Niillä voidaan korvata haitallisia aineita ja käyttää alhaisempia lämpötiloja tai painetta, jolloin energiaa tarvitaan vähemmän. Entsyymejä voidaan tuottaa teollisuuden käyttöön kasvattamalla bakteereja ja homeita bioreaktoreissa eli fermentoreissa. Bioreaktori on suuri steriloitu astia, joka on suljettu tiiviisti, etteivät ulkopuoliset luonnonvaraiset mikrobit syrjäyttäisi teollisia mikrobeja.

Mikrobeja käytetään entsyymien tuotannossa koska ne kasvavat nopeasti pienellä ravintoainemäärällä ja tuottavat kokoonsa nähden suuren määrän entsyymejä.

Mikrobien valmistamat entsyymit kerätään talteen joko eristämällä kasvatusliuoksesta tai hajottamalla mikrobit. Entsyymit vaativat yleensä toimiakseen melko alhaisen lämpötilan kun taas teollisuuden prosesseissa vaadittaisiin sopeutumista ääriolosuhteisiin niin lämpötilan, paineen kuin pH:nkin suhteen. Tutkimustyö ääriolosuhteisiin sopeutuneiden arkkien ja bakteerien parissa onkin monipuolistanut entsyymien käyttöä teollisuudessa. 

Yli kolmannes maailman entsyymimarkkinoista menee pesuaineteollisuuteen. Pesuaineisiin lisätyt entsyymit irrottavat likaa hajottamalla tärkkelystä (amylaasi), proteiineja (proteaasit) sekä rasvoja (lipaasit). Entsyymien ansiosta pyykki tulee puhtaaksi vähemmällä mekaanisella hankauksella ja alhaisemmissa lämpötiloissa. Niillä voidaan myös lisätä vaatteiden pehmeyttä ja pesunkestävyyttä. Hammastahnoissa entsyymit tuhoavat suun haitallisia bakteereja.

Tekstiiliteollisuudessa entsyymejä käytetään esim. katkomaan farkkukankaan pinnasta selluloosakuituja jolloin osa indigoväristä irtoaa ja farkuista tulee kivipestyn näköiset. Lopputulos on kestävämpi, puhtaampi ja pehmeämpi ja värisävyjä saadaan käyttämällä eri sellulaasientsyymejä. Menetelmä on myös ympäristöystävällisempi koska vettä lämpöä ja kuluu vähemmän.

Suomi on puunjalostusteollisuudessa käytettävien entsyymien tutkimisen ja kehittämisen edelläkävijämaa. Entsyymejä käyttämällä voidaan vähentää paperin valmistuksessa käytettäviä kemikaaleja ja vedenpoistoon kuluvaa energiaa.  

Elintarviketeollisuus

Elintarviketeollisuudessa bioteknologiaa käytetään entistä maukkaampien, säilyvämpien ja terveellisempien tuotteiden valmistamiseen.

Kun leivotaan pullaa, taikinaan laitetaan villihiivoista seulottua leivinhiivaa jotta se kohoaisi. Hiivasolut alkavat käyttää taikinassa olevia hiilihydraatteja ravintonaan ja niiden soluhengityksessä vapautuu energiaa ja hiilidioksidia. Taikina kohoaa hiilidioksidikuplien vaikutuksesta. Jos hiivasolut toimivat hapettomissa oloissa taikinaan syntyy myös pieniä määriä alkoholia joka haihtuu paistettaessa. Oikea leivontalämpötila on tärkeä kemiallisissa reaktioissa vaikuttavien entsyymien takia. Bioteknologian menetelmin soluviljelmissä voidaan kasvattaa leipätaikinaan lisättäviä värejä, aromeja, makua ja säilöntäaineita. 

Oluen ja viinin valmistuksessa alkoholikäymisen seurauksena hiilihydraateista syntyy hiilidioksidia ja etanolia. Oluen valmistukseen käytetään panimohiivoja ja viinin valmistuksessa joko rypäleiden pinnalla luonnostaan eläviä villihiivoja tai jalostamalla tehtyjä viinihiivoja. Suomessa on kehitetty hiivakanta jota käyttämällä oluen jälkikäymisaika voidaan lyhentää ja tuotantokustannuksia alentaa.

Meijeriteollisuudessa piimän, viilin. jogurtin ja juuston valmistuksessa maidossa oleva laktoosi käy maitohapoksi maitohappobakteerien avulla. Happamuus vaikuttaa tuotteen makuun, rakenteeseen, kypsymiseen ja säilyvyyteen.

Terveyttä edistävät elintarvikkeet

Elintarviketeollisuudessa on alettu huomioida yhä enemmän kuluttajan tarpeita. Maitotuotteiden valmistuksessa voidaan käyttää maidon laktoosia pilkkovaa laktaasientsyymiä jotta laktoosiallergikotkin voivat käyttää tuotetta. Juustojen valmistuksessa voidaan aiemmin vasikan mahanesteestä eristetty kymosiini korvata teollisesti valmistetulla puhtaammalla kymosiinilla.

Nykyään elintarviketeollisuudessa käytetään makeuttajana yhä enemmän amylaasientsyymin avulla makeaksi pilkottuja maissin, perunan tai viljojen tärkkelyksiä Kuluttajat ovat alkaneet kiinnittää yhä enemmän huomiota tuotteiden terveyteen elintasosairauksien kuten sydän- ja verisuonisairauksien, ylipainon, diabeteksen ja syöpäsairauksien yleistyessä. Elintarviketeollisuudessa onkin alettu valmistaa yhteistyössä lääketieteen kanssa terveyttä edistäviä funktionaalisia elintarvikkeita. Niillä voidaan vähentää terveysriskejä, kuten kohonnutta veren kolesterolia, vähentynyttä luustotiheyttä, kohonnutta verensokeria, kohonnutta verenpainetta ja ylipainoa.

Energiantuotanto

Ilmastonmuutoksen torjumiseksi on alettu etsiä  fossiilisia polttoaineita korvaavia energianlähteitä. Bioteknologian avulla voidaan valmistaa eloperäisestä aineesta valmistettua biopolttoainetta josta saadaan bioenergiaa. Liikenteen biopolttoainetta tuotetaan eri biomassoista.

Biopolttoaineena käytettävää bioetanolia voidaan valmistaa runsaasti sokeria ja tärkkelystä sisältävistä kasveista, kuten sokeriruo’osta, sokerijuurikkaasta, maissista ja perunasta ja biodieseliä öljykasveista kuten rypsistä ja öljypalmusta. Biopolttoaineiden käyttö ei kuitenkaan ole ongelmatonta sillä niiden raaka-aineita voitaisiin käyttää myös ruokana ja viljelyalueita ruoan tuotantoon. Tästä syystä biopolttoaineita pyritään valmistamaan kasvien selluloosasta, selluloosateollisuuden sivutuotteesta mäntyöljystä sekä jätteistä. Myös levät saattaisivat soveltua biopolttoaineiden raaka-aineiksi.. 

Jätevedenpuhdistamoilla ja kaatopaikoilla työskentelevät mädättäjäbakteerit tuottavat myös autojen polttoaineena ja lämmön sekä sähköntuotantoon käytettävää biokaasua. Kun biokaasun sisältämä metaani käytetäänkin energiantuotantoon metaanipäästötkin vähenevät.

Ympäristön suojelu

Bioteknologia vaikuttaa merkittävästi myös ympäristönsuojelussa. Teollisuuden tuotantoprosesseissa voidaan säästää rahaa, aikaa ja energiaa käyttämällä erilaisia mikrobeja ja entsyymejä. Lisäksi pyritään vähentämään uusiutumattomien luonnonvarojen käyttöä, myrkyllisten aineiden käyttöä tuotantoprosesseissa ja tuotteen koko elinkaarena syntyvien jätteiden ja päästöjen määrää.

Jätevesien puhdistus on esimerkki prosessista jossa bioteknologialla on merkittävä rooli. Jäteveden biologiseen puhdistamiseen käytetään tarkoitukseen kasvatettuja hajottajamikrobeja ja matkan varrella syntyvä liete voidaan kompostoida ja käyttää eri tarkoituksiin.

Vanhojen sahojen, puunkäsittelylaitosten ja huoltoasemien alla olevaa myrkyllisistä aineista saastunutta maaperää voidaan puhdistaa mikrobeja käyttämällä. Mikrobien ja kasvien avulla tapahtuvaa myrkyllisten aineiden hajottamista kutsutaan biopuhdistukseksi. Biopuhdistus sopii vähän saastuneeseen tai yhä kemikaaleja sisältävän maaperän puhdistamiseen. Muuntogeenisiä kasveja voidaan käyttää raskasmetallien, torjunta-aineiden ja öljyn poistamiseen maaperästä. Kasvit pystyvät juurtensa avulla keräämään raskasmetallit, jonka jälkeen kasvit hävitetään.

Milla-Maria

Kloonaus

Kloonaus on hyvin monimuotoinen tieteen ala, jolla ei ole mitään yhteistä tieteiselokuvien kaappien kanssa, joista valtavan posauksen jälkeen ilmestyy alkuperäinen eliö ja tämän täydellinen kopio, molemmat täysikasvuisina. Kloonaus on kenties yksi vaativimmista tieteen aloista, joka on monimutkaisuudessaan jo melkein taidetta.

Kloonauksella yksinkertaisimmillaan tarkoitetaan elollisen olennon tai solun kopioimista siten, että uusi yksilö on täydellinen kopio alkuperäisen yksilön kanssa. Kloonauskaan ei ole yksiselitteinen, vaan kasvi-ja eläintieteet määrittelevät sen eri tavalla kuin lääketiede ja solubiologia. Luonnon oma versio kloonauksesta on karkeasti arvioiden identtiset kaksoset, jotka ovat DNA:ltaan lähes identtisiä. Silti ihmisen kehittämä kloonaus on vielä tarkempi, koska kaksosten DNA:n välillä voi olla eroja. Kloonatessa ei ole mahdollista saada täysikasvuista kopiota alkuperäisestä eliöstä, ainakaan vielä meidän tietämyksellämme. Tällä hetkellä solubiologiassa käytetyin keino kloonata kokonaista elävää olentoa on aloittaa alusta, jolloin yksinkertaistettuna tumattomaan munasoluun laitetaan halutun ”emoeliön” tuma, jolloin munasoluun tulee halutun ”emoeliön” geenit, ja munasolu kasvatetaan samalla tavalla kuin normaalikin munasolu (ihmisen tapauksessa kohdussa).  Tämä on monimuotoisemman rakenteiden omaavien yksilöiden kloonaustapa, yksisoluiset eläimet, jotkin alkueläimet sekä kaikki bakteerit ja kasvit kykenevät suvuttoman lisääntymisensä vuoksi kloonautumaan itsenäisesti, ja onkin niiden lisääntymisen kannalta oleellinen tapa. Monisoluisemmilla ja monimutkaisemmilla eliöillä tämä ei onnistu, koska ne eivät kykene suvuttomaan lisääntymiseen alati muuttuvien solujen vuoksi.

Yksi tapa kloonata on maatalous, jossa kloonaus on yleinen tapa. Pääsääntöisesti jalostettavien ja tiettyjä geenejä omaavien viljelykasvien geeniperimä ei muutu lisääntyessä. Esimerkiksi mukulasta kehittyvät perunat ovat vain toistensa identtisiä klooneja. Tämä on yksinkertaisin ja kaikkein vähiten solubiologian kanssa tekemisissä oleva kloonauksen muoto.

Solubiologian ja lääketieteen kloonaustavat ovat hankalampia, ja niillä kloonataan esimerkiksi eläimiä. Monimutkainen elävä olento on mahdollista kloonata vain yhdellä tavalla, reproduktiivinen kloonaus, joka on irroittaa solut juuri ennen kuin alkio kehittyy kahdeksansoluiseksi. Teoriassa kahdeksan, täysin keskenään identtisen kloonin luominen on tällä tavoin mahdollista. Nykyään käytetyin kloonausmetodi on aiemmin mainittu; tuman perimäaines siirretään munasoluun (koeputkihedelmöityksellä esimerkiksi), jonka oma perimä on poistettu ja joka on hedelmöitetty ”kantajaeliön” ulkopuolella. Haluttu perimä siirretään kantasoluviljelmästä tumattomaan munasoluun. Kehityksen käynnistämiseksi johdetaan sähkösykäys tai aktivoidaan kemiallisella ärsykkeellä, ja tämän jälkeen munasolu siirretään kantajan kohtuun. Tämä on tällä hetkellä käytetyin ja tällä hetkellä ainoa toimiva tapa kloonata kokonaisia, monimutkaisia eliöitä, joskaan kopioidusta kloonista ei tule täysin samanlaista sen vuoksi, että siirretyn perimän mukana ei siirry munasolun mitokondriot, joten munasolun mitokondriot tulevat luovutetun munasolun mukana, koska niitä ei voida siirtää kloonattavan eliön munasolugeenien mukana.

Terapeuttisessa kloonauksessa alkio hajoitetaan solun jakautumisen jälkeen ja yksittäisiä soluja kasvatetaan soluviljelmässä. Tällä ei yritetä kloonata ihmistä, vain pelkästään tiettyjä kudoksia. Ärsykkeiden avulla näistä soluista voidaan kasvattaa mahdollisesti kaikkia kudostyyppejä, ja jopa elimiä. Toisena vaihtoehtona olisi siirtää kantasolut (solujakautumisessa hajoitetut solut) suoraan potilaan kehoon.

Kloonaus on hyvin epävarmaa, ja sillä on paljon kehityttävää. Moni reproduktiivisen kloonauksen tulos kuolee ennen syntymää tai heti sen jälkeen, ja harva on toimiva, terve yksilö. Terapeuttisen kloonauksen saralla olemme enemmän kehittyneitä. Reproduktiivista kloonausta on käytetty jo 1990-luvulta asti, ja sen on suuri tekijä kasvatuseläinten ja viljelykasvien kloonaamisen mahdollistamisessa. Ihmistä ei ole vielä kloonattu, eikä se tällä hetkellä ole laillistakaan, mutta 2006 tutkija raportoi siirtäneensä 2003 amerikkalaisnaisen somaattisen solun perimän kymmeneen munasoluun. Yksikään yritetyistä raskauksista ei silti onnistunut. Terapeuttinen kloonaus on hyvin kiistelty asia.

Kuolleesta soluista kloonaus on yksi kloonaustieteen uusimmista keksinnöistä, joka on vielä hyvin keskeneräinen ja vielä tällä hetkellä epäselvä ala. Kuuluisin kloonattu eläin on lienee Dolly-lammas, joka kloonattiin 1996.

-Danja

DNA:N EMÄSJÄRJESTYKSEN SELVITTÄMINEN ELI SEKVENSOINTI

Geenitekniikka on biologian tutkimusala joka tutkii perintöaineksen eristämistä, analysointia, muokkaamista ja siirtämistä muihin eliöihin tai soluihin. Geenitekniikassa on kehitelty erilaisia tutkimusmenetelmiä joiden avulla saadaan erilaisiin tarkoituksiin sopivaa tietoa.

DNA:n emäsjärjestyksen selvittämiseen käytettävä menetelmä on nimeltään sekvensointi. DNA:n emäsjärjestystä tarvitaan esim. jos halutaan selvittää missä osassa perimää tietty geeni sijaitsee, missä tilanteissa ja miten se ilmenee, onko saman lajin eri yksilöiden geeneissä eroja tai miten geeni on muuntunut lähisukuisilla lajeilla.

DNA:n emäsjärjestyksen selvittäminen on nopeasti kehittyvä ja melko arkipäiväinen toimitus nykyaikana. Sekvensointiin käytetään automaattisia sekvensointilaitteita. Laitteet pystyvät rinnakkaissekvensointitekniikan vuoksi lukemaan muutamassa tunnissa satojen miljoonien emäsparien järjestyksen.

Sekvensoinnilla saatavaa genomitietoa tarvitaan geenien toiminnan analysoimiseen, geenivirheiden etsimiseen, geenien muokkaamiseen ja geenisiirtoihin

Sekvensoinnin vaiheet

Sekvensoinnissa käytetään kahta geenitekniikan menetelmää: PCR ja elektroforeesi.

DNA-juoste saadaan hajoamaan yksijuosteiseksi kuumentamalla. Samaan koeputkeen laitetaan myös alukkeita, DNA-polymeraasia, kaikkia neljää DNA-nukleotidityyppiä (A, T, C,G) ja lopettavia nukleotideja.

Ensimmäinen vaihe on PCR-vaihe. Tässä vaiheessa DNA-polymeraasi jonka tehtävä on tavallisessakin solussa ohjata DNA:n rakentumista alkaa nyt koota vapaana olevista nukleotideista uutta juostetta. Kun paikalle osuu lopettava nukleotidi, synteesi loppuu. PCR-vaiheesta saadaan lukuisia eripituisia DNA-pätkiä jotka voidaan tunnistaa lopettavien nukleotidien merkkiaineista.

Seuraavassa elektroforeesi-vaiheessa pätkät laitetaan geeliin, jossa lyhyemmät pätkät kulkevat pidemmän etäisyyden kuin pitkät niin että yhdenkin nukleotidin ero saadaan näkyviin.

Tulostin havaitsee eri merkkiaineilla merkityt lopettavat nukleotidit ja piirtää kuvion jossa eri emäkset näkyvät erivärisinä.

                                                                                                 

                                                                                                                                    Milla-Maria

Polymeraasiketjureaktio

Polymeraasiketjureaktiossa (PCR/Polymerase chain reaction) yksittäinen geeni tai pätkä DNA:ta voidaan monistaa. Se tehdään elävien solujen ulkopuolella laboratoriossa käyttämällä erityistä PCR-laitetta. Laitteen avulla todella pienestä määrästä DNA:ta saadaan muutamassa tunnissa monistettua miljardikertainen määrä, jolloin materiaalia on riittävästi tarkempia tutkimuksia varten. PCR on nykypäivänä tärkeä ja tarpeellinen osa laboratorion arkea. Sille keksitään jatkuvasti uusia sovelluksia. Sen avulla tehdään esim. perinnöllisten sairauksien etsimistä, infektiosairauksien diagnosointia, yksilöiden tunnistusta sormenjäljestä ja geenien kloonausta. 

PCR:ssä on kolme vaihetta. Ensimmäinen niistä on; Denaturaatiovaihe. Siinä tutkittava seos kuumennetaan 94-98°C:een 30-60 sekunniksi. DNA denaturoituu ja korkean lämpötilan vuoksi vastinjuosteet irtoavat toisistaan.

Toinen vaihe on nimeltään Alukkeiden liittymisvaihe. PCR-menetelmässä tarvitaan myös korkeaa lämpötilaa kestävää DNA-polymeraasientsyymiä, jota on eristetty kuumien lähteiden bakteereista sekä alukkeita, jotka mahdollistavat DNA-polymeraasin toiminnan ja joiden avulla rajataan monistettava DNA-jakso. Alukkeet ovat lyhyitä, yksijuosteisia DNA-pätkiä, joiden emäsjärjestys vastaa tiettyä kohtaa monistettavasta DNA-jaksosta. Tässä vaiheessa lämpötila lasketaan 45-65 °C:een riippuen edellä mainituista aineista. Liittymisvaiheessa tutkittavalle DNA-kohdalle kiinnittyvät erityiset alukkeet molempiin DNA:n vastinjuosteisiin erikseen. Se tapahtuu emäsparisäännön mukaan.

Tätä seuraa kolmas vaihe eli Pidentymisvaihe. DNA-polymeraasi aloittaa vastinjuosteen luomisen erillisille DNA:n vastinjuosteille. Lämpötila on useimmiten 72 astetta. Vaiheen kesto riippuu halutun monistuksen pituudesta ja kompleksisuudesta.

Näitä vaiheita toistetaan useasti, siihen asti kun haluttua ainesta on tarpeeksi. DNA:n määrä kaksinkertaistuu jokaisessa syklissä, joten jo 28 syklin jälkeen alkuperäisestä DNA molekyylistä on tuotettu noin 270 miljoonaa kopiota.

Viimeisen syklin jälkeen suoritetaan vielä loppuekstensio, jonka tehtävänä on varmistaa, että polymeraasientsyymi on rakentanut kaikki aloitetut DNA-monistukset loppuun saakka.

Jenni

HI-virus

HIV:n aiheuttaa retrovirus HI, joka tarttuu ihmisen elintärkeän immuunijärjestelmän tärkeisiin osiin. HI-virus kuuluu kaksijuosteisiin RNA:ta sisältäviin viruksiin. Hoitamaton HI-virus tuhoaa immuunijärjestelmän toiminnan kannalta oleellisia soluja, jolloin se lamauttaa immuunipuolustuksen toiminnan, josta seuraa AIDS. HIV:iä voidaan hoitaa antiretroviraalilääkityksellä, jolloin se ei etene AIDS-vaiheeseen, HIV:iä ei voida silti poistaa. HIV:tä sairastavalla ihmisellä on myös usein C-hepatiitti, joka johtuu siitä, että HI-virus nopeuttaa hepatiitin etenemistä.

HIV:n arvellaan olevan peräisin Keski-Afrikasta. Sen alkuperälle ei ole yleisesti hyväksyttyä teoriaa. Epäillään, että HIV on lähtöisin simpansseista, joiden SI-virus olisi muotoutunut HIV-1-virukseksi ihmisen kehossa.  Toinen vahva teoria HIV:n syntymiselle on 1950-luvun poliorokotuskampanjat, jolloin HIV olisi saanut alkunsa CHAT:iksi kutsutusta rokotteesta. Huterimmalla pohjalla on teoria salaliitosta, jonka mukaan HIV olisi ihmisen valmistama tauti.

HI-viruksen tarttuminen on hyvin samanlainen kuin muidenkin RNA-pohjaisten virusten. Virus sitoutuu CD4-reseptoriin, jota seuraa viruksen vaipan fuusion solukalvoon ja viruksen nukleokapsidin vapauttaminen solulimaan. Viruksen käänteiskopioijaentsyymi kopioi viruksen RNA:n DNA:ksi, jolloin tuloksena syntynyt kaksijuosteinen proviaalinen DNA vaeltaa solun tumaan ja yhtyy siellä solun omaan DNA:han. Solussa RNA kopioidaan viallisen DNA:n pohjalta, jolloin lähetti-RNA:stakin tulee viallinen.

HI-virus todetaan verikokeella. HIV on helppo välttää maalaisjärjen avulla, limakalvo -ja verikontaktit vieraiden tai HIV-positiivisten kanssa hoidettaisiin vain asianmukaisella varovaisuudella, jolloin HIV:n riski on minimoitu. HI-virukselle voi myös olla immuuni. HIV:n lääkehoito on kehittynyt huomattavasti, mutta kehitysmaissa se on vieläkin hyvin suuri ongelma huonon informaation ja kalliiden lääkkeiden vuoksi.

-Danja