WSZECHSWIAT
Altruizm i dzieciobójstwo Wędrówki neuronów
Wyspa Wielkanocna
PISMO PRZYRODNICZE
Tom 95 N r 10 Październik 1994
W IERZBA BIAŁA fo rm a z w isła Salix alba L. var. pendula w o św ie tle n iu la m p u lic z n y c h . Fot. W . S tro jn y
Wydano z pomocą finansową Komitetu Badań Naukowych
Treść zeszy tu 10 (2370)
B. K a m i ń s k a - K a c z m a r e k , N ożyce XX w i e k u ... 239
J. K o t u s z, S ło d k o w o d n e m o rz e — B a j k a ł... 244
A. G a w e ł c z y k , A ltru iz m i dzieciobójstw o: p rz y p a d e k susła B e ld in g a ... 250
H . S z a r s k i, R ozm aitość b a d a ń b io lo g ic z n y c h ... 252
J. P a w ł o w s k i , H istoria K rakow skiego M u z e u m P rzy ro d n iczeg o ( 3 ) ... 253
D ro b iazg i D alekie w ęd ró w k i n eu ro n ó w w m ózgu dorosłych ssaków (M. S a n a k ) ... 255
Stanow isko grzyba czarki szkarłatnej Sarcoscypha coccinea na P ogórzu C iężkow ickim (M. A. Piątek) ... 257
W sz ech św iat p rz e d 100 laty (oprać. JGV) ... 258
R o z m a ito ś c i... 259
W sz ech św iat n ie to p e rz y n r 24 (oprać. B. W . W ołoszyn) ... 260
O b ra z k i m azo w ieck ie (Z. P olakow ski) ... 262
Recenzje P. F. Y e o: G eranium . Freiland-G eranien fu r G arten u n d P ark (E. Kośmicki) ... 262
J. R e g ó s : D ie griine H ólle — ein bedrohtes Paradies (A. Żyłka) ... 263
K ronika S praw ozdanie z przebiegu i w yników V M iędzynarodow ej O lim piady Biologicznej (J. F ro n k )... 263
K ronika P A U ... 264
* * *
O k ł a d k a : D ĄB SZYPUŁKOW Y Quercus robur L. Fot. K. Spałek
Rada redakcyjna: H enryk Szarsla (przewodniczący), Jerzy Vetulani (zrca przewodniczącego), A dam Łom nicki (sekretarz).
C zło n k o w ie Stefan W. Alexandrowicz, W incenty Kilarski, A dam Kotarba, H alina K rzanow ska, Barbara Płytycz, A dam Zając, Kazimierz Zarzycki
Komitet redakcyjny: Jerzy V etulani (redaktor naczelny), H alina K rzanow ska (zxa redaktora naczelnego), Stefan W. Alexandrowicz, Barbara Płytycz, A dam Zając, W anda Lohm an (sekretarz redakcji) Adres Redakcji: Redakcja Czasopism a W szechświat, 31-118 Kraków , ul. Podw ale 1, teL (12) 22-29-24
PRZEPISY D LA A U TO R Ó W
1. W stę p
Wszechświat jest pism em upow szechniającym w iedzę przyrodniczą, przeznaczonym dla wszystkich interesujących się postępem n au k przyrodniczych, a zw łaszcza m łodzieży licealnej i akademickiej.
Wszechświat zamieszcza opracow ania popularnonaukow e ze wszystkich dziedzin nau k przyrodniczych, d e k a w e obserwacje przyrodnicze oraz fotografie i zaprasza d o w spółpracy w szystkich chętnych. Wszechświat nie jest jednak czasopismem zamieszczającym oryginalne dośw iadczalne prace naukow e.
N adsyłane d o Wszechświata m ateriały są recenzow ane przez redaktorów i specjalistów z odpow iednich dziedzin. O ich przyjędu d o d ru k u decyduje ostatecznie K om itet Redakcyjny, p o uw zględnieniu m erytorycznych i popularyzatorskich w artośd pracy. Redakcja zastrzega sobie p ra w o w prow adzania skrótów i modyfikacji stylistycznym . Początkującym autorom Redakcja będzie niosfa pomoc w opracowaniu materiałów lub wyjaśniała pow ody odizucenia pracy.
2. T y p y p ra c
Wszechświat drukuje m ateriały w po stad artykułów , drobiazgów i ich cykli, rozm aitośd, fotografii na okładkach i w ew nątrz nu m eru oraz listów d o Redakcji.
Wszechświat zamieszcza rów nież recenzje z książek przyrodniczych o ra z krótkie w iad o m o sa z ż y d a środow isk przyrodniczych w Polsce.
Artykuły p o w in n y stanow ić oiyginalne opracow ania na przystępnym poziomie naukow ym , napisane żyw o i interesująco rów nież dla laika. N ie m ogą ogramczac się d o w ied zy podręcznikowej. P ożądane jest ilustrowanie artykułu fotografiami, rydnam i kreskow ym i lub schematami. O drad za się stosowanie tabel, zwłaszcza jeżeli m o g ą być przedstaw ione jako w ykres. W artykułach i innych rodzajach m ateriałów nie umieszcza się w tek śd e odnośników do piśm iennictw a (naw et w formie: autor, rok), z wyjątkiem odnośników d o prac publikow anych w e wcześniejszych num erach Wszechświata (w fo rm ie „patrz Wszechświat rok, tom , strona"). O bow iązuje natom iast podanie źródła p rzed ru k o w y w an a lub przerysowanej tabeli b ąd ź ilustracji oraz — w przypadku opracow ania opierającego się na pojedynczym artykule w innym czasopiśmie — odnośnika dotyczącego całego źródła. P rz y przygotow yw aniu artykułów rocznicowych należy p a m ię ta j że nie m o g ą się one, ze W2g l ę d u na cykl w ydaw niczy, ukazać wcześniej n iż 4 miesiące p o ich złożeniu d o Redakcji.
A rtykuty (tylko one) są opatrzone op raco w an ą przez Redakcję notką biograficzną. A utorzy artykułów pow inni podać dok ład n y adres, tytuł naukow y, stanow isko i n azw ę zakładu pracy, o raz informacje, które chaeliby zam ieśdc w notce. Ze w zględu na sk ro m n ą objętość czasopism a artykuł nie pow inien być dłuższy n iż 9 stron.
Drobiazgi są krótkim i artykułam i, liczącymi 1— 3 strony m aszynopisu. Również i tu ilustracje są mile w idziane. Wszechświat zachęca d o publikow ania w tej form ie w łasnych obserwacji.
Cykl stanow i kilka Drobiazgów pisanych na jeden tem at i ukazujących się w kolejnych num erach Wszechświata. Chętnych d o opracow ania cyklu prosim y o wcześniejsze porozum ienie się z Redakcją.
Rozmaitośd są krótkim i notatkam i om awiającymi najdekaw sze prace ukazujące się w m iędzynarodow ych czasopismach przyrodniczych o najwyższym standardzie. N ie m o g ą on e być tłum aczeniam i, ale p o w in n y być oryginalnymi opracowaniam i. Ia i objętość wynosi 0,3 d o 1 stro n y m aszynopisu. Obowiązuje podanie źródła (skrót tytułu czasopism a, rok, tom: strona).
Recenzje z książek m u sz ą być interesujące dla czytelnika: ich celem jest dostarczanie now ych w iad o m o ść przyrodniczych, a nie informacji o książce. N ależy pam iętać, że ze w zględu na cykl redakcyjny i listę czekających w kolejce, recenzja ukaże się zapew ne w tedy, kiedy om aw iana książka ju ż d a w n o zniknie z tynku. Objętość recenzji nie pow inna przekraczać 2 stron m aszynopisu.
Kronika d rukuje krótkie (do l p strony) notatki o dekaw szych sympozjach, konferencjach itd. N ie jest to kronika tow arzyska i dlatego prosim y nie robić wyliczanki a u to ró w i referatów, pom ijać tytuły n aukow e i nie rozw odzić się nad ceremoniami otw arda, a raczej pow iadom ić czytelnika, co dekaw ego wyszło z om aw ianej im prezy.
Listy do Redakcji m ogą być różnego typu. Tu drukujem y m. in. uw agi dotyczące artykułów i innych m ateriałów drukow anych w e Wszechświede. Objętość listu nie pow inna przekraczać 1,5 stro n y m aszynopisu. Redakcja zastrzega sobie p raw o selekcji listów i ich edytowania.
Fotografie przeznaczone d o ew entualnej publikacji na okładce lub w ew n ątrz n u m eru m ogą być czarnobiałe lub kolorowe. K ażde zd jęd e pow inno być podpisane na o d w ro d e. Podpis pow inien zaw ierać nazw isko i adres autora i p ro p onow any tytuł zdjęaa. N ależy po d ać d atę i miejsce w ykonania zdjęaa.
P rzy fotografiach zw ierząt i roślin należy p odać n azw ę g atu n k o w ą polską i łacińską. Za praw idłow e oznaczenie odpow iedzialny jest fotografujący.
3. F o rm a n a d s y ła n y c h m a te ria łó w
Redakcja przyjm uje d o d ru k u tylko starannie w ykonane, łatw o czytelne m aszynopisy, przygotow ane zgodnie z Polską N o rm ą (30 linijek na stronę, ok.
60 uderzeń na linijkę, stro n y nu m ero w an e na górn y m maiginesie, lew y m aigines co najmniej 3 cm, akapity w d ę te na 3 spacje), napisane przez c zarn ą św ieżą taśmę. B ardzo chętnie w id z im y prace przygotow ane na kom puterze. W ydruki kom puterow e p ow inny b y ć wysokiej jak o śa (NLQ lub H Q ) i pisane na świeżej taśmie.
Tabele należy pisać nie w tekście, ale każdą na osobnej stronie. Na osobnej stronie należy też napisać spis rycin wraz z ich objaśnieniami. R ydny można przysyłać albo jako fotografie, albo jako rysunki kreskowe w tuszu, na kalce technicznej. Powinny być ponumerowane i podpisane z tyłu lub na marginesie ołówkiem.
Fotografie ilustrujące artykuł m u sz ą być p o p raw n e technicznie. Przyjm ujem y zarów no zdjęaa czarno-białe, jak i kolorow e (pozytyw y i negatywy).
M ateriały p o w in n y być przysyłane z jedną kopią. Kopie m aszynopisów i ry d n , ale nie oryginały, m ogą być kserogramami. Kopie ry d n są mile w idziane, ale nie obowiązkowe.
Z aakceptow ana praca p o recenzji i naniesieniu u w ag redakcyjnych zostanie zw rócona autorow i celem przygotow ania wersji ostatecznej. Przesłanie ostatecznej wersji na dyskietce znacznie przyspieszy ukazanie się pracy d ru k ie m
Prace należy nadsyłać p o a adresem Redakcji (Podw ale 1, 31-118 Kraków). Redakcja w zasadzie nie zw raca nie zam ów ionych materiałów.
4. H o n o ra ria
O publikow ane praoe są honorow ane zgodnie z aktualnym i staw kam i W ydaw nictw a. P onadto autor otrzym uje bezpłatnie jeden egzem plarz Wszechświata z w y d ru k o w a n y m m ateriałem.
W y d a w n ic tw o P la ta n , 32-060 Liszki, K ry sp in ó w 189.
PISMO POLSKIEGO TOWARZYSTWA PRZYRODNIKÓW IM. KOPERNIKA
WYDAWANE PRZY WSPÓŁUDZIALE POLSKIEJ AKADEMII UMIEJĘTNOŚCI
TO M 95 PA ŹD ZIERN IK 1994 ZESZYT 10
RO K 113 (2370)
B O Ż E N A K A M IŃ S K A -K A C Z M A R F .K (W a rsz a w a )
N O ŻY CE XX W IEKU
K iedy w 1970 ro k u H am ilto n Sm ith z Johns H opkins M edical School w y izo lo w ał z bakterii p ierw szy e n zym , k tó ry tnie D N A (kw as dezoksyrybonukleinow y), n ik t nie podejrzew ał, że m oże o n być czym ś więcej n iż tylko je d n y m z e n z y m ó w bakteryjnych. N ikom u nie śniło się n aw et, że odkrycie to dostarczy narzędzia, które zrew olucjonizuje biologię. U m ożliw i bow iem tw o rzen ie n o w y c h kom binacji cech genetycznych, k rzy ż ó w e k n ieosiągalnych w n a tu rz e i stw o rzy now e d z ie d z in y w ie d z y takie, jak inżynieria genetyczna czy biotechnologia. O g ro m n y p ostęp, jaki n astąp ił w ciągu o statn ich 20 la t w d zied zin ie biologii m olekularnej, o k reślan y b y w a p rz e z h isto ry k ó w n a u k i jako „ósm y d z ie ń stw o rz e n ia ". Z rew o lu cjo n izo w ał bo w iem nasze spojrzenie n a fu n k cjo n o w an ie istot żyw ych pokazując^
czym s ą g e n y i ja k ą p e łn ią rolę w organizm ie. Posze
rzył n a sz ą w ied zę o tym , w jaki sposób cząsteczka D N A p rz e n o si p e łn ą inform ację określającą w szystko:
od k o lo ru n a szy ch oczu p o szczegóły chem icznego funkcjo n o w an ia każd ej k o m ó rk i ciała.
O czyw iście, u p o d s ta w inżynierii genetycznej leży kilka technik, tak ich ja k m ożliw ość u zy sk an ia czyste
g o D N A z ró ż n y c h o rg a n iz m ó w o raz sp o so b y w p ro w a d z a n ia g o d o k o m ó re k bakteryjnych. Jednakże p ra w d z iw y p rz e ło m n a stą p ił w ów czas, g d y op raco w a n o techniki tw o rz e n ia w lab o rato riu m n ow ych kom binacji g e n ó w , czyli zrek o m b in o w an eg o D N A . Stało się to o siąg aln e p o w y k ry ciu e n z y m ó w przeci
nających D N A . O becnie z a ró w n o w spółcześni biolo
d z y zajm ujący się b a d a n ia m i p o d sta w o w y m i, jak też n a u k o w c y p ra c u ją c y w p rzem y śle nad w y tw o rz e
niem z w ią z k ó w a k ty w n y c h biologicznie, p o w sz e c h n ie w y k o rzy stu ją e n z y m y tnące D N A czyli e n z y m y re stry k c y jn e — „nożyce", k tó re u m o ż liw ia ją św ia d o m e m an ip u lo w a n ie D N A . N ie sp o só b p rzecen ić z n a czenia tych e n z y m ó w w e w sp ó łczesn y ch n au k a c h biom edycznych, w a rto za te m p o św ięcić tro ch ę m iej
sca na określenie, czy m s ą i d o czego m o g ą b yć u żyte.
Już w latach p ięćd ziesiąty ch z a u w a ż o n o , że fagi (w irusy bakterii) n a m n a ż a ją się ła tw o w je d n y m szczepie bakterii, a ro s n ą słabo w in n y m . Ich zdolność d o zakażania bakterii p o d le g a w ięc o g ra n ic z e n iu czyli restrykcji. W yjaśnienie tego zjaw iska było niezn an e d o m o m e n tu odkrycia p rz e z W ern era A rbera i jego w sp ó łp raco w n ik ó w (w 1962 roku), że restrykcja łączy się ze zniszczeniem fagow ego D N A p rz e z specjalne en zy m y (stąd określenie „e n z y m y restrykcyjne"). E n
zy m y te rozcinają i d e g ra d u ją D N A , k tó re ro z p o zn ają jako obce, g d y ż nie jest o n o z m o d y fik o w a n e w o k re
ślony sposób. O kazało się, że w b a k teriach istnieją specjalne e n zy m y przyłączające g r u p y m e ty lo w e d o n u k le o ty d ó w w o k reślo n y ch m iejscach w D N A . Takie m odyfikacje D N A p rz e z e n z y m y m etylujące sp ra w ia ją, że kom ó rk a niejako o zn a k o w u je w łasn e D N A i czyni je o p o rn y m na d zia łan ie e n z y m ó w d e g ra d u ją cych zabezpieczając w łasn y m a te ria ł g en ety czn y przed zniszczeniem . O bce D N A n ie o z n a k o w a n e w o d p o w ie d n i sp o só b p rz e z e n z y m y m ety lu jące ulega zniszczeniu p rzez e n z y m y restrykcyjne. W e rn e r Ar- b e r ze Szw ajcarii o ra z H a m ilto n S m ith i D aniel N a- th an s z USA o trzy m ali w 1978 ro k u n a g ro d ę N obla
240 Wszechświat, t. 95, nr 10/1994 za o d k ry cie sy ste m u re stiy k cji-m o d y fik acji o ra z za
o czy szczen ie i u ży cie e n z y m ó w restrykcyjnych.
W szystkie bak terie w y tw a rz a ją e n z y m y rozcinające obce D N A , k tóre d o sta ło się d o w n ę trz a ko m ó rek . En
z y m y te, z w a n e też restry k tazam i, ro z p o z n a ją w D N A o k reślo n ą sekw encję n u k le o ty d ó w . Jeżeli p e w n e n u - k leo ty d y w sekw encji D N A nie s ą o z n a k o w a n e (zm o
d y fik o w an e) p rz e z p rzy łą czen ie d o n ich g ru p y m ety lowej, to takie D N A je st ro z p o z n a w a n e jak o obce i ro z
cinane. W te n sp o só b e n z y m restry k cy jn y m o że o d różnić D N A w łasnej k o m ó rk i o d D N A pocho d ząceg o z innego g a tu n k u . K om órki b ak terii z a w iera ją z a ró w n o e n zy m y ro zp o zn ające sekw encję n u k le o ty d o w ą i tnące D N A , ja k też e n z y m y ro zp o zn ają ce tę sa m ą se
kw encję i chroniące ją p o p rz e z m odyfikację. P rz y p u szczalnie g łó w n ą funkcją b io lo g icz n ą e n z y m ó w restry
kcyjnych jest p rz ecin an ie i n iszczenie D N A w iru só w , które zak a ż ają bakterie. Jest to w ięc je d e n z m ech an i
zm ó w o p o rn o ści b ak terii na zakażające je w irusy.
Sekwencje rozpoznawane przez niektóre enzymy restry
kcyjne
Źródło Enzym Rozpoznawana
sekwencja
T
Escherichia coli Eco RI G A A T T C C T T A A G
▲
T
Haemophilus Hpa I G T T A A C
parainfluenzae C A A T T G
▲
▼
Hpa 11 C C G G
G G C C
▲
T
Haemophilus Hind III A A G C T T
influenzae T T C G A A
▲
T
Haemophilus Hae III G G C C
aegyptius C C G G
▲
W 1973 roku Smith i N athans zaproponowali następującą termi
nologię enzym ów restrykcyjnych: oznaczenie trzyliterowe pocho
dzące od pierwszych liter nazw bakterii, z których wyizolowano enzym, dodatkow a litera do identyfikacji szczepu i rzymska cy
fra opisująca kolejność wyizolowania enzymu.
W y ró ż n ia się 3 ty p y s y ste m ó w restrykcji-m odyfi- kacji. T yp I jest najbardziej s k o m p lik o w a n y , b o w iem n ależące d o n ieg o e n z y m y sk ła d a ją się z 3 ty p ó w p o d - je d n o ste k i w y m a g a ją su b stan cji p o m o cn iczy ch : jo
n ó w m a g n e z o w y c h M g +2, A T P (ad en o zy n o tró jfo - sfo ran u ) i S -a d e n o zy lo m etio n in y . M o g ą tak że m o d y fikow ać D N A . P rzecin a n ie D N A o d b y w a się p rz y p a d k o w o w różnej o dległości (400-7000 n u k le o ty d ó w ) o d ro z p o z n a w a n e g o p rz e z nie m iejsca. T y p II sk ład a się z 2 ty p ó w p o d je d n o ste k , w y m a g a jo n ó w M g +2 i ATP, a p rz e c in a n ie D N A n a stę p u je 25-27 n u k le o ty d ó w w p o b liż u ro z p o z n a w a n e g o m iejsca. T yp III jest n a jp ro stszy , za w iera b o w ie m 1 ty p p o d je d n o ste k i w y m a g a ty lk o jo n ó w M g +2. E n z y m y z tej g ru p y roz-
M i e j s c e c i ę c i a DNA p r z e z e n2y m y r e s t r y k c y j n e
K o m p l e m e n t a r n e
" l e p k i e k o ń c e "
b
D N A f a g o w e c i ę t e r ó ż n y m i e n z y m a m i r e s t r y k c y j n y m i
L a m b d a / H i n d I I I | X 1 7 4 / H a e III J x i 7 4 / H i n f I
Ryc. 1.
p o z n a ją i n acin ają tę s a m ą sekw encję w d w u n ic io - w y m D N A . W łaśnie ta o statn ia cecha u czy n iła z tych e n z y m ó w id ealn e n arz ęd zie in ży n ierii g enetycznej. W chw ili obecnej zn a n y c h jest p o n a d 100 ró ż n y c h e n z y m ó w w y izo lo w an y ch k a ż d y z in n eg o sz c zep u b a k te rii. Izo lo w an o je z k a żd eg o szczep u , k tó ry p rz e b a d a n o p o d ty m k ą te m (w je d n y m tylko la b o ra to riu m w C old S pring H a rb o r (USA) z b a d a n o p o n a d 150 szcze
p ó w bakteryjnych).
E n z y m y restrykcyjne z g ru p y III p o w sz e c h n ie u ż y w a n e w biologii m olekularnej zazw y czaj ro z p o z n a ją sekw encję 4 lu b 6 n u k le o ty d ó w w D N A i n acin ają w tym sa m y m m iejscu. P rzecin an e s ą obie nici D N A w o brębie ro z p o zn aw an ej sekw encji (ryc. la ). P o w stają
ce frag m en ty D N A z a k o ń cz o n e s ą jed n o n ic io w y m i o d cin k am i k o m p le m e n ta rn y m i w z g lę d e m siebie. Są to tz w . „lepkie k ońce". N ieza leżn ie o d ro d z a ju D N A , tw o rzo n e p rz e z d a n y e n z y m restry k cy jn y lepkie k o ń ce s ą id entyczne. N a ryc. I b p rz e d s ta w io n e jest D N A d w ó c h w iru só w b ak tery jn y ch (faga lam b d a i faga
<))X 174) pocięte p rz e z kilka ró ż n y c h e n z y m ó w re stry kcyjnych. P ow stałe w w y n ik u cięcia fra g m e n ty ro z dziela się elek tro fo rety czn ie w żelu a g a ro z o w y m . Po p rz y ło ż e n iu napięcia o b d a rz o n e ła d u n k ie m u jem n y m k w a sy n u k lein o w e w ę d ru ją w że lu d o b ie g u n a d o d atn ieg o . M igracja fra g m e n tó w D N A o d b y w a się z g o d n ie z ich w ielkością. Im k tó tsz y frag m en t, tym szy b sza m igracja. P o n iew aż D N A fag o w e cięte jest na kilka frag m en tó w , m o ż n a zobaczyć kilka w y ra ź n y c h p rą ż k ó w . R óżne e n z y m y restry k cy jn e tn ą
D N A faga w ró ż n y c h m iejscach, d lateg o p o w stają fra g m en ty o innej w ielkości i w id z im y in n y w z ó r p rą ż k ó w . To sa m o D N A faga <)>X174 pocięte p rz e z ró ż n e e n z y m y w obrębie o d m ie n n y c h sekw encji daje z u p e łn ie in n y w z ó r fra g m e n tó w p o elektroforezie.
N a cin a n ie D N A o d b y w a się często w ten sposób, że p o w sta ją tz w . „lepkie końce", co oznacza że p o w stające fra g m e n ty D N A zak o ń czo n e są jednonicio- w y m i o d c in k a m i n aw z aje m d o siebie pasującym i (ryc.
la ). P o n ie w a ż p o z a d z ia łan iu d an e g o e n z y m u p o w sta ją id e n ty c z n e końce niezależnie od rod zaju D N A , m o żn a p o p rzecięciu d w ó c h ró żn y ch D N A połączyć p o w sta łe fra g m e n ty o b u ro d z ajó w . W 1973 ro k u Lob- b a n i K aiser zajm u jący się m ech a n izm am i replikacji D N A o d k ry li e n z y m z w a n y lig azą DNA, k tó ry łączy ra z e m (liguje) ła ń c u c h y D N A . D zięki tem u en zy m o w i m o żliw e stało się łączenie n a stałe frag m en tó w D N A w y tw a rz a n y c h p rz e z e n z y m y restrykcyjne.
Istnieją ró w n ie ż e n z y m y restrykcyjne, które przeci
nają ro z p o z n a w a n ą sekw encję D N A dając „tępe k o ń ce". Są o n e często w y k o rz y sty w a n e na p rzy k ład w k lo n o w a n iu fra g m e n tó w D N A o trz y m a n y ch w d r o d z e am plifikacji in vitro (PCR — ang. polymerase chain reaction). F ra g m e n ty te m o g ą być łączone z in n y m i p rz y u ż y c iu w sp o m n ian ej w yżej ligazy D N A . W arto w sp o m n ieć, że m iejsca cięcia w szystkich en zy m ó w restry k cy jn y ch (z a ró w n o dających tępe, jak i lepkie końce) w y ró ż n ia ją się cechą szczególną. Sa to bow iem sekw encje p a lin d ro m ic z n e . O znacza to, że ro z p o z n a w a n a p rz e z e n z y m re stry k cy jn y sekw encja kilku n u - k le o ty d ó w w y k azu je sp ec jaln ą sym etrię (lustrzaną), sp ra w ia ją c ą że d ru g a p o ło w a sekw encji jest k o m p le m e n ta rn y m p o w tó rz e n ie m pierw szej (np. m iejsce cię
cia E coR l):
▼
G A A T T C C T T A A G
▲
PODWALINY INŻYNIERII GENETYCZNEJ CZYLI REKOMBINACJI W PROBÓWCE
M o żliw o ść łą czen ia fra g m e n tó w D N A p o c h o d z ą cych z ró ż n y c h o rg a n iz m ó w została w y k o rz y stan a po ra z p ie rw sz y w 1972 ro k u w la b o rato riu m P aula Ber
ga na U n iw ersy tecie w S tan fo rd (USA). D. Jackson, R. S ym ons i P. B erg w y k o n a li d o św iad czen ie, w k tó ry m rekom binacji u legły d w ie cząsteczki D N A , p o ch o d zą ce z o rg a n iz m ó w nie w ym ieniających n o rm a l
n ie D N A . Przecięli m ian o w icie D N A w iru sa SV40 (w y w o łu jąceg o n o w o tw ó r w iru sa, k tó ry n am n aża się w k o m ó rk a c h m ałp ) p rz y p o m o c y e n z y m u restrykcyj
nego Eco RI i p o łączy li z D N A w iru sa bakteryjnego (faga X). U zy sk ali w te n sp o só b now ą, nie w y stę p u jącą w cześniej w n a tu rz e kom binację m ateriału g e n e tycznego, cząsteczk ę D N A z le p io n ą z d w ó c h w yjścio
w ych, a w ięc zre k o m b in o w a n ą . P ierw sze d o św ia d czenia n a d re k o m b in acją D N A były b ard zo tru d n e i praco ch ło n n e. W y m ag ały za sto so w an ia 6 różnych, b a rd z o o c z y sz czo n y ch e n z y m ó w . B adaczom stanfor- d z k im w y d a w a ło się, że tylko niew iele placów ek na św iecie b ę d zie m o g ło robić p o d o b n e d o św iadczenia.
Je d n ak że w łaśn ie w tym sa m y m czasie ukazały się
p ierw sze prace o en z y m a c h restry k cy jn y ch — „no ży cach d o g en ó w " i o d tą d techniki łączenia i tw orzenia n o w y ch kom binacji g e n ó w (rekom binacji) sta ły się potencjalnie d o stę p n e w k a ż d y m , d o b rz e w y p o sa ż o n y m lab o rato riu m m ik ro b io lo g iczn y m i biochem icz
ny m (nie w yłączając także lab o rato riu m , w k tó ry m p racuje autorka).
Kolejnym krokiem w k ie ru n k u stw o rz e n ia p o d w a lin inżynierii genetycznej było zn alezien ie sp o so b u w p ro w a d z e n ia zm ien io n eg o , zre k o m b in o w a n e g o D N A d o kom órek. W 1973 ro k u C o h en w Stanfordzie i B oyer w San Francisco w y k o rzy stali m ałą, kolistą cząsteczkę b akteryjnego D N A z w a n ą p la z m id e m jako nosiciela obcego fra g m e n tu D N A . T ak z m ie n io n y p la
zm id w p ro w a d z ili d o ży w y c h bakterii, g d z ie m ógł on się n am n ażać pow ielając tym sa m y m w p ro w a d z o ny d o niego frag m en t obcego D N A . C ząsteczki, do których w staw ia się obce geny, n a z y w a n e s ą w e k to ram i. W ektory m ają zd o ln o ść w n ik an ia d o kom ó rek i n am n ażan ia się w nich, d zięk i czem u obce geny, które p rzen o szą, u leg ają p o w ielen iu . W ek to ram i s ą często p la z m id y czyli koliste cząsteczki D N A , które nam n a żają się n iezależn ie o d c h ro m o so m u bakteryj
nego i m o g ą p rzen o sić g e n y w a ru n k u ją c e o p o rn o ść na leki np. tetracyklinę lu b am p icy lin ę. W e k to ry m ają zw ykle jed n o m iejsce cięcia dla d a n e g o e n z y m u re
strykcyjnego, często u m ieszczo n e w g en ie w a ru n k u jącym o p o rn o ść n p . na a n ty b io ty k am p icy lin ę. Jeśli obcy frag m en t zo stał w sta w io n y w takie m iejsce, ro z
bije on g e n oporności na a n ty b io ty k i k o m ó rk a za
w ierająca taki p la z m id b ęd zie n a ń w ra ż liw a . Jest to najlepszy sp o só b selekcji k o m ó re k u zy sk u jący ch zre- k o m b in o w an e p la z m id y . C ech ą d o b ry c h w ek to ró w jest p o siad an ie d w ó c h g e n ó w o p o rn o ści na an ty b io tyki lu b g e n u o p o rn o ści na a n ty b io ty k i g en u w sk aźn ik o w eg o (ang. reporter gene) n p . p-galaktozy- dazy . U żyteczna b y w a też obecność tzw . polilinkera, sztu czn ie z sy n tezo w an eg o fra g m e n tu D N A , k tó ry za
w iera miejsca cięcia ro z p o z n a w a n e p rz e z kilka ró ż
n ych e n z y m ó w restrykcyjnych.
D o n ied aw n a w c h a rak terz e w e k to ró w w y k o rz y sty w a n o g łó w n ie p la z m id y b ak tery jn e i w iru sy bakterii (zw ykle p o ch o d n e b ak terio fag a /v). W y stę p u ją o n e w w ielu k opiach i s ą ta k z m o d y fik o w an e, że nie z a w ie rają g en ó w , które m o g ły b y b ak terii posiadającej p la
zm id n a d a ć cechy sz k o d liw e d la człow ieka. P o n ad to prace p ro w a d z i się na sp ecjaln y m szczepie bakterii, który nie m ó g łb y p rzeży ć po za la b o ra to riu m . O stat
nio często sięga się p o w e k to ry p o ch o d z ą c e z D N A k o m ó rek eu kariotycznych. Ich n osicielam i s ą k o m ó rk i d ro ż d ż y Sacharomyces cerevisiae, w k tó re m o ż n a w p ro w adzić specjalny p la z m id , k tó reg o sekw encja n aśla
duje reg io n ce n tro m e ro w y ch ro m o so m u d ro ż d ż y . Po w łączeniu w taki w e k to r o d c in k ó w D N A sięgających m ilionów p a r zasad p rz e p ro w a d z a się g o w form ę lin io w ą i w p ro w a d z a d o k o m ó re k d ro ż d ż y . W tych kom ó rk ach lin io w y w e k to r n a m n a ż a się jak o d o d a t
k o w y sz tu c z n y ch ro m o so m (YAC, ang. yeast artificial chromosome). O trzy m an ie „ rz a d k o tnących" e n z y m ó w restrykcyjnych (rozpoznających sekw encję d łu g o ści 8 nu k leo ty d ó w ) o ra z zasto so w a n ie technologii YAC u m ożliw iło fizyczne m a p o w a n ie g en ety czn e. P o z w a la ono zlokalizow ać całe g en y n a d łu g ich , liczących
242 Wszechświat, t. 95, nr 10/1994 m ilio n y p a r zasad , o d c in k a ch D N A w id o c z n y c h w
m ik ro sk o p ii św ietlnej.
BIBLIOTEKI GENÓW — CZYLI „STRZAŁ W DZIESIĄTKĘ"
W latach sześćd z iesią ty ch w y iz o lo w a n ie p o je d y n czego g e n u w y d a w a ło się m rz o n k ą . W szy stk ie czą
steczki D N A sk ła d a ją się z m ie sz a n in y tych sa m y ch czterech n u k le o ty d ó w i p o jed y n cze g e n y nie m o g ą być w y izo lo w an e, ja k białka, na p o d sta w ie różnic w składzie, b u d o w ie czy ła d u n k u ele k tro sta ty c zn y m cząsteczek. Ja k w ięc w y iz o lo w a ć p o jed y n czy g e n , aby g o p o zn ać, s c h a ra k te ry z o w a ć i opisać? R ozw iązanie tego p ro b le m u p o jaw iło się w m o m en cie o p ra c o w a nia te c h n ik in ży n ierii g en ety czn ej, a zw łaszcza o d k ry cia e n z y m ó w restrykcyjnych.
P o sz u k iw a n ia o k reślo n eg o g e n u za czy n a się od sp o rz ą d z e n ia b ib lio te k g e n ó w . C ałe D N A d a n e g o o r
g a n iz m u tnie się n a ślep o (technika „ strz a ł na ślep o "
o d an g . slwt-gun) e n z y m e m restry k cy jn y m . P ow staje w ten sp o só b m n ó stw o p rz y p a d k o w y c h frag m en tó w , w śró d k tó ry ch m o że być też fra g m e n t zaw ierający p o ż ą d a n y g en. L o so w o p o w sta łe fra g m e n ty w sta w ia n e s ą w w iele tysięcy w e k to ró w i w p ro w a d z a n e d o b a k terii (ryc. 2). C zęsto u ż y w a się e n z y m ó w takich ja k Eco RI, k tó ry tnie D N A w n ielicznych m iejscach tw o rz ą c d łu g ie fra g m e n ty D N A o d p o w ia d a ją c e ro z m ia re m cały m g e n o m . Jest to szczególnie w a ż n e p rz y k lo n o w a n iu g e n ó w k rę g o w có w , k tó re s ą b a rd z o d łu gie od k ilku d o k ilk u n a stu tysięcy p a r n u k le o ty d ó w (niektóre n a w e t p o n a d 200 000 p a r n u k le o ty d ó w ).
D u ż e fra g m e n ty D N A m o g ą b yć w p ro w a d z a n e d o w e k to ró w fagow ych, k tó re m o g ą pom ieścić fra g m e n ty obcego D N A o d łu g o śc i 50 000. N a p rz y k ła d cały lu d z k i g e n o m o w y D N A m o ż e b yć w p ro w a d z o n y d o
<4 Fraam en t o b c e g o DNA Ł ą c z e n ie o b c e g o DNA
z plazm idem
W ektor p la z m id o w y
Zrekom binow any p ia z n id
W prow adzanie p lazm id ów do b a k t e r i i
S e l e k c j a na pożyw ce z a w i e r a j a c e j a n t y b io t y k
r
(STo) (F 5 ) d O ? )
Ryc. Z
250 000 cząsteczek faga X. i stw o rz e n ie takiej biblioteki g e n ó w nie sta n o w i p ro b le m u technicznego.
P o n ie w a ż D N A jest cięte n a ślep o , tylko p e w n e frag m en ty zaw ierają geny, p o d czas g d y in n e o b ejm u ją tylko m ałe k aw ałk i g en ó w . T ru d n o w ięc w ten s p o sób uzyskać cały g e n o p isu jący k o n k re tn e białko. Sto
suje się w ięc strateg ię a lte rn a ty w n ą i w y b iera tylko te frag m en ty D N A , z k tó ry ch p o w sta n ie in fo rm acy jn y RNA (m RN A ), n a bazie k tó reg o p o w staje białko.
M etoda ta polega na w y iz o lo w a n iu z k o m ó rek m R N A i p rz ep isan iu go na o d p o w iad a jący , czyli k om plem entarny D N A (cDNA). Specjalny e n z y m z w a n y odwrotną transkiyptazą w y tw a rz a D N A kopiując k a ż d ą cząsteczkę m R N A o b ecn ą w kom órce. O znacza to, że o d w ro tn a tra n sk ry p ta z a w y k o rzy stu jąc istnieją
ce m R N A jako w zo rzec lu b m atrycę d o b u d o w u je nić D N A p asującą sekw encją d o nici RN A . T ak o trzy m an e pojedyncze łań cu c h y D N A s ą p rzek szta łcan e w ła ń cuchy d w u n icio w e i w p ro w a d z a n e d o w ek to ró w , a n astęp n ie n a m n a ż a n e w bakteriach. K lony o trz y m a n e w ten sp o só b n azy w a n e s ą k lo n am i cD N A . Takie frag
m en ty D N A w staw ia się w w ek to ry w yko rzy stu jąc e n z y m y restrykcyjne. W ek to ry p rz en o szące cD N A w p ro w a d z a się d o bakterii, g d zie n a m n a ż a się je w ogrom nej liczbie. W ten sp o só b w y tw a rz a się b ib lio teki cD N A zaw ierające g e n y ak tu aln ie a k ty w n e w d a nej kom órce. N a w ia se m m ów iąc o d k ry cie odw ro tn ej tran sk ry p tazy , które n astąp iło w 1970 ro k u rów nolegle w laboratoriach T em ina (M adison, USA) i B altim ore'a (MIT, USA) zostało u h o n o ro w a n e n a g ro d ą N obla.
O czyw iście, sam o p rz y g o to w a n ie b ib lio tek g e n ó w nie w ystarczy, aby p o zn ać d a n y g en, g d y ż n a leży go jeszcze odnaleźć. A by z id e n ty fik o w ać o k reślo n y g en, należy p rz eszu k ać biblioteki g en o w e . Jest to b a rd z o p ro ste w ów czas, g d y z n a n e s ą m utacje, k tó re m o g ą być u z u p e łn ia n e p rz e z w p ro w a d z a n ie frag m en tu D N A z biblioteki. N a p rzy k ład jeżeli d o k o m ó re k nie m ających białka k in a z y ty m id y n o w e j i w z w ią z k u z tym n iezd o ln y ch d o w z ro stu w p ro w a d z im y g e n k o d u jący to białko, z a c zn ą o n e ro sn ąć n o rm a ln ie . C zęsto 0 obecności w p ro w a d z a n e g o g e n u m o ż n a w n io sk o w ać p o tw o rzen iu p ro d u k tu p rz e z d a n y g e n k o d o w anego. N ależy w ó w czas zn aleźć taki k lo n bakterii, k tó ry p ro d u k u je białko k o d o w a n e p rz e z in teresu jący nas g en . U żyw a się w ó w czas sp ecjaln y ch w e k to ró w z w a n y c h w e k to ra m i ek sp resy jn y m i, w k tó ry c h b a d a n y g e n jest p o d łą c z o n y p o d fra g m e n t D N A sterujący tran sk ry p cją i u m o żliw iający sy n te z ę białka.
P rz y k lo n o w an iu g e n ó w w y k o rz y stu je się ró żn e strateg ie selekcji, k tóre p o z w a la ją o d ró ż n ić kolonie b ak tery jn e zaw ierające jedynie te k o m ó rk i, d o których w p ro w a d z o n o z re k o m b in o w a n e p la z m id y . N a p rz y kład p rz y w ek to rz e z d w o m a g e n a m i o p o rn o ści na a n ty b io ty k m iejsce k lo n o w an ia w y łącza je d e n z tych g e n ó w , zatem b ak terie s tra n sfo rm o w a n e p la z m id a m i w y ro sn ą tylko n a p o d ło ż u z d ru g im an ty b io ty k iem . B akterie z ob cy m fra g m en tem D N A w o b ręb ie g e n u o p o rn o ści na a n ty b io ty k b ę d ą w ra ż liw e na a n ty b io ty k 1 nie w y ro sn ą (selekcja n e g aty w n a). Z kolei p o s łu g u jąc się p la z m id e m z g e n e m o p o rn o ści na a n ty b io ty k
i z g e n e m w sk aźn ik o w y m , u z y s k a m y w z ro st na p o d ło ż u z an ty b io ty k iem tylko ty ch bakterii, k tó re u z y sk ały p lazm id . K olonie z p la z m id a m i, w k tó ry ch obcy fra g m e n t D N A z n ajd u je się w g e n ie w sk a ź n ik o w y m ,
m RNA M m m W AAAAAAAAA
odwrotna transkrypcja
cDNA
synteza drugiej nici kom plem entarnego DNA
M A / ,
dodanie lepkich koncow
w prow adzenie do wektora
w prow adzenie wektorow zrekom binow anych do bakterii
/ y * ' ""“ TpSS se le kcja klonow bakterii
CZjlPJ ze zrekom binow anym
wektorem Ryc. 3.
m o ż n a o d ró ż n ić d zię k i ich za b arw ien iu . Białko b ę d ą ce p ro d u k te m g e n u w sk aźn ik o w eg o (p-galaktozyda- za) w obecności su b stra tó w b a rw n y c h b arw i kolonie z p la z m id e m n a niebiesko. G d y w p ro w a d z e n ie o b cego fra g m e n tu rozbije g e n w sk aźn ik o w y , kolonie z tak im p la z m id e m nie b ę d ą zab arw io n e.
P O B O Ż N E Ż Y C Z E N IA C Z Y R Z EC ZY W ISTO ŚĆ ?
W taki o to sp o só b n au k o w cy odkiyli, że m o g ą w p ro b ó w ce w y tw a rz a ć b ą d ź istniejące w n atu rze b ą d ź z u p e łn ie u n ik a ln e kom binacje g enów . A poniew aż w sp ó łcześn ie czas m ię d z y w a ż n y m odk ry ciem n a u k o w y m i jego z a sto so w an ie m p ra k ty cz n y m jest bard zo krótki, in żynieria gen ety czn a z n au k i stała się techno
logią, a m ó w iąc ściśle b io te c h n o lo g ią . W ystarczyło za
m ienić p ro b ó w k i na k o ntenery-bioreaktory i p ro w a dzić h o d o w le b ak terii lu b in n y ch kom órek, w których n a m n a ż a ją się w ek to ry , na w ięk szą skalę, aby pew ne p ro d u k ty u z y sk iw a ć na skalę p rzem ysłow ą. W ten sp o só b bakterie, g rz y b y lu b k om órki ssacze m o g ą p ro d u k o w a ć d u ż e ilości uży teczn y ch białek takich jak: lu dzki h o rm o n w z ro stu , insulina, interferon, szczepionki p rz e ciw w iru so w e. N a p rzy k ła d bakterie, d o których w p ro w a d z a się specjalne w e k to ry ekspresyjne, m ogą p ro d u k o w a ć o k reślo n e białko w ilości przekraczającej 10% w szystkich białek bakteryjnych (jeszcze do nie
d a w n a p ro b le m e m było to, że bakterie p ro d u k o w ały ta k w iele obcego białka, że g in ęły z p o w o d u jego n a d
CCGG.
o
m iaru). Technologia taka jest p ro stsza, szy b sza i d u żo mniej k o szto w n a n iż oczyszczanie ty ch b iałek z m a teriału biologicznego, jak to było sto so w an e d o nie
d aw n a. U m ożliw ia u zy sk iw an ie d u ż y c h ilości czyste
go, biologicznie ak ty w n eg o białka. Jeszcze d o n ie d a w na insulinę — lek ratujący życie lu d z io m ch o ry m na cukrzycę — w y o d ręb n ia n o z trz u ste k zw ierząt rzeźnych. Ta insulina p o ch o d zen ia zw ierzęcego w y w oływ ała u niektórych chorych u czu len ia i nie m ogła być p rz e z nich u ży w an a. Insulina p ro d u k o w a n a m e
to d am i inżynierii genetycznej to insulina lu d zk a, która nie w yw ołuje takich n e g a ty w n y ch reakcji.
In n y m atrak cy jn y m z a sto so w a n ie m in ży n ierii g en e
tycznej jest terap ia g en o w a, k tóra m oże o k azać się id ealn y m ra tu n k iem dla osób z w a d a m i g e n e ty c z n y mi. C zęstość p o w a ż n y c h d e fe k tó w g e n e ty c z n y ch u człow ieka sięga 3-4%; zw y k le u ja w n ia ją się o ne w d zieciństw ie i w 0,5% p rz y p a d k ó w k o ń czą się śm ier
cią. W sto su n k u d o 4000 z n a n y c h ch o ró b g en ety cz
nych nie istnieją sk u teczn e sp o so b y leczenia. P rzy czy n ą w ielu ch o ró b g en ety czn y ch jest zm ia n a g en ety czn a p o w o d u jąca p o w sta w a n ie n ie p ra w id ło w e g o białka.
Jeżeliby u d a ło się w p ro w a d z ić d o k o m ó re k p ra w id ło w y g en, p o w sta w a ło b y n o rm a ln e białko spełniające sw oją funkcję.
T erapia g en o w a przestaje być czysto teo rety czn ą spekulacją m y ślo w ą. W kilku a m e ry k a ń sk ic h o śro d kach d o k o n a n o z p o z y ty w n y m sk u tk ie m n a p raw ien ia d efektów g en ety c zn y ch p o p rz e z w p ro w a d z a n ie p ra w id ło w y ch g e n ó w d o kom órek.
W w ielu o śro d k a ch trw ają in te n sy w n e p rac e nad u sp ra w n ie n ie m m eto d w p ro w a d z a n ia g e n ó w , a zw łaszcza p o sz u k iw a n ie m w e k to ró w — n o śn ik ó w , k tóre w p ro w a d z a ły b y p o ż ą d a n y g e n tylko d o tych kom órek, w których jest on p o trz e b n y . P rzy p u szcza się, że u ż y teczn e m o g ą być w iru sy zw ierzęce, które zakażają i n a m n a ż a ją się tylko w o k reślo n y ch k o m ó r
kach ciała. R ozw aża się m o żliw o ść w y k o rz y sta n ia g e netycznie zm ienionej, n iechorobotw órczej fo rm y w i
ru sa HIV, k tó ry zakaża tylko o k re ślo n ą g ru p ę białych k rw in ek — lim focyty T.
W tym ro k u o p isan o n o w ą m e to d ę b ęd ą c ą p ołącze
niem ch iru rg ii i inżynierii genety czn ej i to p ołącze
niem ta k ścisłym , że u p ra w n io n e staje się określenie chirurgii m olekularnej. O p isan e d o tą d m e to d y terapii genow ej poleg ały na tym , że p o b ie ra n o z pacjenta ko
m órki, k tó ry m b rak o w ało jakiegoś g e n u , w p r o w a d z a no d o nich p ra w id ło w y g e n i w strz y k iw a n o k om órki z p o w ro tem . N ie m o żn a je d n a k p o stąp ić w ten sp o sób, jeżeli w g rę w c h o d zi m ó zg pacjenta. D o tej p o ry pacjentow i z n o w o tw o re m m ó z g u nie d a w a n o wiele nadziei, a n e u ro c h iru rd z y sta w a li p rz e d z a d an iem n iew ykonalnym , g d y ż taki n o w o tw o r tru d n o jest z n i
szczyć chirurgicznie lu b p rz y p o m o c y lasera. O statn io n e u ro c h iru rd z y z N a ro d o w e g o In sty tu tu Z d ro w ia (NIH) w USA o p ra co w ali n o w ą m eto d ę, k tóra p o zw oli zaatak o w ać n ie o p ero w aln e n o w o tw o ry m ó zg u . Ten rodzaj terapii m ó g łb y się n a z y w a ć „ m e to d a konia trojańskiego". Polega o n a b o w ie m na w p ro w a d z e n iu w są sied ztw o n o w o tw o ru z m ien io n y ch g en ety c zn ie k o m ó rek zak ażo n y ch w iru sem , k tó ry zak aża k o m ó rk i n o w o tw o ru czyniąc je w ra ż liw e na lek a n ty w iru s o wy. C zyli zm ien io n e g e n e ty czn ie k o m ó rk i, z których p o ch o d zi w irus, są ty m p rz y sło w io w y m „k o n ie m tro
244 Wszechświat, t. 95, nr 10/1994 ja ń sk im ", k tó ry p rz y c z y n ia się d o z a g ła d y n o w o tw o
ru w jego są sied z tw ie. D o ty ch czas w y k o n a n o d o św ia d c z e n ia na zw ierzę tach , ale K om itet D o rad czy N IH , k tó ry zajm uje się in ż y n ie rią g e n ety c zn ą, z a
tw ie rd z ił tę p ro c e d u rę głosując 19 — 0 za (p rz y jed n y m w strz y m u ją c y m się).
B adania n a d u ż y te c z n o śc ią tej m e to d y ro zp o częto 1,5 ro k u te m u , a sukces tej fo rm y te ra p ii w d o ś w ia d czeniach na zw ie rz ę tac h sp ra w ił, że w k ró tc e zastosuje ją w obec p a c jen tó w z e sp ó ł n e u ro c h iru rg ó w z N a ro d o w e g o In s ty tu tu C h o ró b N e u ro lo g ic z n y c h w USA.
W y m ien io n e p rz y k ła d y z a sto so w a n ia tech n ik in ży nierii gen ety czn ej w m e d y c y n ie n ie w y c z e rp u ją o g ro m n y c h m o żliw o ści, jakie s tw a rz a tech n ik a rek o m b i
nacji g en ety czn ej in vitro. T echnika rekom binacji g e netycznej p o z w a la b o w ie m tw o rz y ć k o m b in acje g e n ó w nie w y stęp u jące w p rz y ro d z ie . O bala w ięc g ra nice u sta lo n e w ro z w o ju e w o lu c y jn y m życia na Zie
m i. M an ip u lacje g e n e ty c z n e in vitro m o g ą w n ied ale
kiej p rzy szło ści zn ale źć z a sto so w a n ie p ra k ty c z n e w p ro d u k cji su b stan cji cz y n n y c h biologicznie tak ich jak:
h o rm o n y , im m u n o g lo b in y , szcze p io n k i. Z a sto so w a n ie tych su b stan cji w p ra k ty c e m ed y czn ej p rz y n io sło b y n ad zieję na w y leczen ie w ie lu ch o ry m . T echnika ta o tw iera m o żliw o ści o p ra c o w a n ia n o w y ch ro z w ią za ń w d z ie d z in ie ro ln ictw a, p ro d u k c ji ży w n o śc i czy technologii n iszczen ia o d p a d ó w w ie lk o p rz e m y sło w ych. T r u d n o sobie w tej ch w ili w y o b razić w szystkie korzyści, jak ie m o g ą w y n ik n ą ć ze sk o n tru o w a n ia no
w y ch s z c z e p ó w b a k te ry jn y ch o n o w y c h w arto ściach p ro d u k c y jn y c h w w ie lu d z ia ła c h g o sp o d a rk i.
P O Ż Y T E C Z N E , A L E C Z Y B E Z P IE C Z N E ?
K iedy w 1969 ro k u p o jaw iły się p ierw sze p race d o tyczące iz o lo w a n ia g e n ó w w czystej form ie d r J. Beck- w ith , w im ie n iu g r u p y n a u k o w c ó w z B ostonu, z an ie
p o k o ił się, że m an ip u lac je g e n e ty c z n e m o g ą d o p ro
w a d z ić d o p o w a ż n y c h zm ia n w biosferze. P o sta w ił p ub liczn ie py tan ie: czy n ale ż y p ro w a d z ić ten ty p d o św iad czeń . W 1974 ro k u d w u n a s tu w y b itn y c h n a u kow ców , w tym bio lo g ó w z a a n g a ż o w a n y c h w tego ty p u b ad an ia, z aap elo w ało o w strz y m a n ie d o ś w ia d czeń d o czasu u p e w n ie n ia się, że s ą o n e b ezp ieczn e dla człow ieka i śro d o w isk a n atu ra ln e g o . W n a stę p n y m ro k u z w o łan o w A silo m ar (USA) m ię d z y n a ro d o w ą konferencję biologów , socjologów , p ra w n ik ó w i p rzem y sło w có w p o św ię c o n ą ocenie p o tencjalnego n ieb ezp ieczeń stw a i sp o so b o m bezpiecznej pracy.
Z g o d n ie z zaleceniam i konferencji o p ra c o w a n o p rz e p isy bezpiecznej p ra c y ze z re k o m b in o w a n y m D N A (w Polsce o p ra c o w a n o je w 1980 ro k u ). S zczepy b a kterii u ż y w a n e w tych p rac ach m o g ą p rz e ż y w a ć tylko w w a ru n k a c h laboratoryjnych, s ą w ięc n ieg ro źn e dla lu d z i i zw ierząt. N a p rz y k ła d w USA w szelkie d o św iadczenia n ad re k o m b in acją D N A u czło w iek a o d b y w a ją się za z g o d ą specjalnego K o m itetu D o ra d c z e g o p rz y N a ro d o w y m In sty tu cie Z d ro w ia , a m u s z ą je
szcze być z a tw ie rd z o n e p rz e z FA D — Food and Drug Administration, rodzaj M in isterstw a Ż y w n o ści i Le
k ó w . W szelkie b a d a n ia n ad g e n a m i czło w iek a lub p ró b a m i z m ia n y jego m a te ria łu g en e ty c z n eg o są p o d ścisłą k o n tr o lą w ięc spekulacje n a d m o ż liw o ścią w y tw o rzen ia „ su p e rm ó z g u " lu b „ su p e rż o łn ie rza " p o z o stają w sferze science fiction.
Z d a n ie m w ie lu b a d a c z y p rz e s a d n e ogran iczen ia d o św ia d c z e ń n a d rek o m b in acją D N A s ą n ieu m o - ty w o w a n e i w rę c z szk o d liw e. K orzyści z a ró w n o p o znaw czy ch , ja k i p rak ty czn y ch , jakie p ły n ą z ty ch d o św iad czeń , nie sp o só b przecenić.
Wpłynęło 16 VI 1994
D r B ożena K a m iń sk a -K a c z m a re k p ra c u je w Z a k ła d z ie Biochem ii K o m ó rk i In sty tu tu Biologii D o św ia d c z a ln e j P A N w W a rsz a w ie
JA N K O T U S Z (W ro c ła w )
SŁ O D K O W O D N E M O R ZE — BAJKAŁ
N a w e t w najb ard ziej la k o n ic z n y m op isie B ajkału z d u m ie w a liczba re k o rd ó w , jakie n a le ż ą d o tego w sp an iałeg o , w sc h ó d n io sy b e ry jsk ieg o jezio ra. W y
starc zy p o w ie d z ie ć , ż e za w ie ra 22% (a w ięc bli
s k o ^ ! ) z a so b ó w w o d y słodkiej całej k uli ziem skiej (nie licząc oczyw iście w ó d u w ię z io n y c h w p o staci lo
d u ), której objętość w y n o si 21 670 k m 3. Staw ia to Baj
k ał na p ie rw sz y m m iejscu p rz e d afry k a ń sk im jezio
rem T an g a n ik a i Jezio re m G ó rn y m w A m eryce P ół
nocnej. K olejny bajkalski re k o rd to jego głębokość: 688 m śre d n io i 1637 m w n a jg łęb szy m m iejscu. N ig d zie n ie w y s tę p u ją też ta k p rz e jrz y ste w o d y sło d k ie ja k w łaśn ie tu taj. W id o czn o ść w g łą b w y n o si w io s n ą aż 40 m . J e d n a k tym , co n ajb ard ziej fascynuje biologa jest sp ecyficzna tylko d la tego m iejsca na Z iem i fauna i flora. S to p ie ń e n d e m iz m u w y n o si tu 60% d la św iata
zw ie rz ą t i 35% d la roślin. Jest to te ż teren o b a rd z o ciekaw ej przeszłości geologicznej. P ojaw iające się o k reso w o ru c h y tek to n iczn e i a k ty w n o ść w u lk a n ic z n a nie s ą zre sz tą z a m k n ię tą k a rtą w h isto rii P rzybaj- kala, co p o w o d u je niesłabnące z a in te re so w an ie Baj
k ałem nie tylko biologów , ale i g eo lo g ó w .
W yjaśnienie zjaw isk, które d o p ro w a d z iły d o p o w stan ia tak głębokiego jeziora p o śró d m łodych, w y sokich g ó r w sercu o g ro m n eg o k o n ty n e n tu , a p o tem u fo rm o w an ia się w n im specyficznej biocenozy, było p ie rw sz y m z a d an iem dla p rz y b y ły c h tu w d ru g iej p o łow ie XIX w iek u b adaczy. P ionierskie b a d a n ia n a tym terenie p ro w ad zili Polacy, k tó rz y jako p rz e stę p c y p o lityczni zostali zesłani w g łą b Syberii. N ajw iększe za
sługi w odk ry ciu Bajkału dla n a u k i m iała ek ip a z o r
g an izo w an a p rz e z B enedykta D y b o w sk ieg o — profe-
Ryc. 1, 2. Brzeg Bajkału. Fot. J. Kotusz (ryc. 1-5).
sora zoologii i d o k to ra m edy cy n y , skazanego za u d ział w p raca ch p o w sta ń c z e g o R z ąd u N aro d o w eg o w 1864 ro k u na 12 la t ciężkich robót. W skład ekipy badaczy- k ato rż n ik ó w w c h o d z ił też d ru g i w y b itn y polski p rz y ro d n ik — A le k sa n d e r C zekanow ski o raz ich w sp ó ł
p raco w n icy : W ik to r G odlew ski — k o n stru k to r w ię
kszości tech n iczn y ch u rz ą d z e ń badaw czych, Feliks Z ienkiew icz, k tó ry g ro m a d z ił okazy roślin i zw ierząt w kolekcjach n au k o w y c h , W ładysław K siężopolski zajm ujący się o b serw aq'am i m eteorologicznym i i w ie
lu innych, k tó ry ch nie sp o só b tu w ym ienić. W roku 1871 C zek an o w sk ieg o zastą p ił ściągnięty z w ojska Jan C zerski, k tó ry p o p o w s ta n iu sty czn io w y m został k ar
nie w cielony d o rosyjskiej arm ii. W ynikiem wspólnej, 11-letniej p ra c y g ru p y kierow anej p rz ez D ybow skiego było p rz e d e w szy stk im w szech stro n n e opracow anie p rz y ro d n ic ze Bajkału, co przyczyniło się d o pow stania
Ryc. 3. Je d n a z n ie lic z n y c h p ia s z c z y sty c h p laż.
lim nologii — nowej gałęzi hydrobiologii. O p ró cz licz
nych b a d a ń dotyczących sam ego jeziora p rzep ro w a
dzono też badania faunistyczne i floiystyczne rozległych terenów dziewiczej w ted y w schodniej Syberii. O pisano wów czas wiele now ych gatu n k ó w roślin i zw ierząt, któ
re noszą nazw y pochodzące od imienia lub nazw iska polskich odkryw ców .
R o z p a try w a n y p rz e z p ie rw sz y c h b a d a c z y p ro b lem pochodzenia Bajkału, b a rd z o d łu g o p o z o sta w a ł nie
w yjaśniony. N ie ty p o w e w y b rzeże u tw o rz o n e p rzez zbocza górskie w p ad ające n iem al p io n o w o d o w o d y i pogrążające się od ra z u na głęb o k o ść 500-600 m su g ero w ało g w a łto w n y kataklizm , w w y n ik u którego d oszło d o osunięcia się ziem i i p o w sta n ia g ig a n ty c z nego zap ad lisk a su k cesy w n ie w y p e łn ia n e g o w odą.
D opiero w drugiej p ołow ie n aszeg o w iek u u stalono bezspornie, że proces p o w sta w a n ia m isy jeziornej był d łu g o trw a ły i sto p n io w y , a o stateczn e w yjaśnienie n ad eszło w latach sie d em d ziesią ty ch z zu p e łn ie nie
oczekiw anej stro n y — od o cean o g rafó w . O dkrycie św iato w e g o sy stem u ry ftó w i stre f su b d u k cji na d n ie o ceanicznym szybko d o p ro w a d z iło d o p o d o b n y c h o dkryć na k o n ty n en taln y ch p ły ta c h litosfery. O kazało się w ów czas, że zap a d lisk o Bajkału m a p o ch o d zen ie ryftow e, a w ięc w m iejscu tym p ęk a p ły ta azjatycka i tw o rz ą się d w a n o w e k o n ty n e n ty . P o czą tek tego p rocesu d a to w a n y jest na p rz e ło m e ry m ezozoicznej i trzecio rzęd u (ok. 60 m in lat tem u), k ie d y zaczyna p o w sta w ać pierw sza z trzech m is b u d u ją c y c h d n o je
ziora i trw a n ie p rz e rw an ie po d z iś d zień , stale się p o głębiając i pow iększając.
