Biotechnologia roślin: GMO dla ochrony środowiska

ogólnouniwersyteckie

Wykorzystywanie roślin modyfikowanych genetycznie (w skrócie GMO) przez człowieka jest bardzo aktualnym tematem. Rośliny transgeniczne w popularnym przekazie są często przedstawiane jako zagrożenie bezpośrednio dla zdrowia człowieka, a także dla środowiska. Transformacja roślin jest szeroko stosowane zarówno dla celów wyłącznie naukowych, jak też na potrzeby biotechnologii roślin. Praktyczne wykorzystanie roślin modyfikowanych genetycznie przez człowieka obejmuje szereg dziedzin, w tym biotechnologię środowiska. Ze względu na kontrowersyjność tematu, biolog powinien posiadać wiedzę niezbędną dla zrozumienia zakresu możliwości modyfikacji genetycznych, postępu technologicznego w tej dziedzinie, a także przydatności generowanych roślin transgenicznych w różnych dziedzinach gospodarki. Wykład ten, biorąc pod uwagę ogromną różnorodność zagadnień związanych z generowaniem i wykorzystywaniem GMO, odpowiada na te potrzeby prezentując przydatność GMO w wybranym zakresie, paradoksalnie właśnie dla ochrony środowiska.

w sali

Krótki przegląd zakresu wykorzystywania roślin genetycznie modyfikowanych, z podkreśleniem zastosowań mających znaczenie dla poprawy stanu środowiska. Zarys metod transformacji roślin. Transformacja jądrowa i chloroplastów. Rośliny modyfikowane genetycznie: (i) jako alternatywne źródło energii (biomasa, etanol); (ii) dla produkcji szczepionek i farmaceutyków; (iii) przydatne do usuwania zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych z gleby, wody i powietrza; (iv) w celu obniżenia stosowania pestycydów w rolnictwie; (v) zdolnych do wzrostu na zasolonych i zdegradowanych glebach. Transformacje jednym genem a transformacje wielogenowe. Testy w systemach otwartych (doświadczenia polowe). Trans-geneza, a cis-geneza. Usuwanie genów markerowych z roślin modyfikowanych genetycznie. Cis-geneza i przeszczepy w biotechnologii roślin. Zarys systemu oceny ryzyka środowiskowego wynikającego z hodowli i stosowania roślin transgenicznych. Nowe kierunki w biotechnologii roślin.

Tematyka generowanie roślin modyfikowanych genetycznie (tzw. GMO) i ich wykorzystywania przez człowieka jest niezwykle aktualna. Budzi też wiele dyskusji, w których osobom biorącym udział brak często podstaw merytorycznych. Wykład przygotowany został przede wszystkim w oparciu o oryginalne prace naukowe, jego treść nie jest zawarta w żadnym z istniejących podręczników. Słuchacze mają zatem możliwość dowiedzenia się o aktualnie prowadzonych pracach w tak bardzo ważnej dziedzinie nauki i gospodarki (ze względu na stosowanie wyników badań dla celów biotechnologii roślin wykorzystywanych w praktyce).

Celem wykładu jest przedstawienie aktualnego stanu badań nad genetyczną modyfikacją roślin z zamiarem ich wykorzystania dla poprawy stanu środowiska naturalnego. Wykład obejmuje szereg zagadnień ogólnych wprowadzających w temat. Jest zrozumiały dla osób bez ugruntowanej wiedzy z genetyki czy biotechnologii roślin. Zatem dla osób bez ugruntowanej wiedzy z zakresu genetyki czy biotechnologii roślin stanowi możliwość poszerzenia wiedzy; z kolei ci, którzy tę wiedzę posiadają będą mogli ją ugruntować oraz poznać możliwości wykorzystania jej w praktyce.

Na wykładzie zostaną przedstawione szczegółowo modyfikacje stosowane dla potrzeb poprawy środowiska z uwzględnieniem różnorodnych strategii przyjmowanych dla osiągnięcia określonego celu, pokazaniem metod stosowanych konwencjonalnie, a także wprowadzania nowych rozwiązań. Poniżej przedstawiono ogólny zakres tematów poruszanych w trakcie wykładu.

Ogólne przedstawienie metod transformacji roślin. Porównanie transformacji jądrowej i chloroplastów – cechy charakterystyczne, konsekwencje dla nowych ech wyprowadzanych roślin transgrnicznych.

Krótki przegląd zakresu wykorzystywania roślin modyfikowanych genetycznie, z podkreśleniem zastosowań mających znaczenia dla inżynierii środowiska:

(1) Modyfikacje genetyczne roślin w celu zwiększenia biomasy – dla wielu celów gospodarczych (m.in. ogrzewania). (2) rośliny transgeniczne dla produkcji biopaliw. (3) Problem pestycydów w środowisku – czy rośliny modyfikowane genetycznie mogą ograniczyć katastrofalny wpływ tych związków na nasze zdrowie? Modyfikacje genetyczne dla zwiększenia tolerancji roślin uprawnych na choroby grzybowe, bakteryjne, wirusowe, pasożyty, a także pestycydy. (4) Wykorzystywanie roślin modyfikowanych dla produkcji szczepionek i farmaceutyków. (5) Modyfikacje genetyczne specyficzne dla wprowadzenia do roślin szlaków biochemicznych przydatnych dla usuwania skażeń organicznych i nieorganicznych z gleby i wody. (6) Generowanie roślin transgenicznych dla produkcji enzymów potrzebnych dla procesów przemysłowych w wielu gałęziach gospodarki. (7) wykorzystywanie części wegetatywnych roślin transgenicznych do przeszczepów (np. pędy typu dzikiego rośliny na korzeniu rośliny transformowanej) – przykłady zastosowań dla inżynierii środowiska oraz potrzeb przemysłu.

Transformacja jednym genem, a transformacje wielogenowe – przykłady zastosowań. Transformacja roślin obcymi genami a transformacja genami pochodzącymi z tego samego gatunku (trans-geneza, a cis-geneza). Cis-geneza w biotechnologii roślin - przykłady modyfikacji dla potrzeb inżynierii środowiska oraz procesów przemysłowych. Nowe kierunki w modyfikacjach genetycznych roślin prowadzonych dla celów inżynierii środowiska oraz w odpowiedzi za zapotrzebowanie przemysłu. Modyfikacje stosowanych dotychczas systemów regulacyjnych ekspresję transgenu. Minimalizowanie efektu pozycyjnego – ukierunkowana inkorporacja transgenu w genomie rośliny-gospodarza. Usuwanie genów markerowych z roślin modyfikowanych genetycznie, przykłady. Co wpływa na generowanie fenotypu rośliny transformowanej (jej nowych cech odmiennych od rośliny użytej do transformacji). Testy roślin transgenicznych w systemach otwartych (doświadczenia polowe). Zarys problemów związanych z użyciem GMO, zagrożenia, warunki bezpiecznego wykorzystywania roślin transgenicznych. Osoby zainteresowane szczególnie regulacjami prawnymi zapraszamy na wykład lub wykład + ćwiczenia w semestrze letnim „Monitoring GMO”.

• Biotechnologia roślin. S. Malepszy. PWN. Warszawa. 2009.

• Plant Biotechnology; the genetic manipulation of plants”. A. Slater I wsp. (ed.). Oxford University Press. 2008.

• Transgenic plants and crops. G.G. Khachatourians I wsp. (ed). Marcel Dekker, Inc. 2002.

• Phytotechnologies. N.A. Anjum i wsp. (ed). CRC Press, 2012.

WIEDZA:

• Dostrzega dynamiczny rozwój nauk przyrodniczych oraz powstawanie nowych dyscyplin badawczych, a także identyfikuje najistotniejsze trendy rozwoju nauk biologicznych w zakresie studiowanej przez siebie specjalności

• Ma wiedzę dotyczącą wykorzystania technicznych i technologicznych aspektów biotechnologii roślin

• Zna podstawy projektowania i wykonywania modyfikacji genetycznych roślin

• Wykazuje znajomość aktualnego stanu wiedzy w głównych działach biotechnologii roślin dla celów inżynierii środowiska

UMIEJĘTNOŚCI:

• Wykazuje umiejętność krytycznej analizy i selekcji informacji biologicznych, zwłaszcza ze źródeł elektronicznych i mediów

• Wykorzystuje język naukowy w podejmowanych dyskursach ze specjalistami w danej dyscyplinie

• Uczy się samodzielnie w sposób ukierunkowany

• Ocenia zagrożenia dla środowiska związane ze stosowaną technologią i skuteczne przeciwdziałania tym zagrożeniom

• Potrafi zaplanować i zastosować odpowiednie metody i techniki badawcze do rozwiązania zadanego problemu z dziedziny ochrony środowiska

KOMPETENCJE:

• Rozumie potrzebę uczenia się przez całe życie, inspirując rozwój tej potrzeby u innych

• Potrafi przekazać społeczeństwu wiedzę o najnowszych osiągnięciach nauk przyrodniczych i wyjaśnić zasadność prowadzenia podstawowych badań naukowych

• Wykazuje ostrożność i krytycyzm w odbiorze informacji dostępnej w środkach masowego przekazu mających odniesienie do nauk przyrodniczych i osiągnięć biotechnologii

Do zaliczenia wykładu konieczna jest obecność na zajęciach (możliwe trzy nieobecności). Ocena końcowa wystawiana na podstawie pisemnego egzaminu. Na egzaminie można mieć ze sobą notatki z wykładów.

-