Objavljeno: .
Ažurirano: 25. listopada 2021.

genetičko inženjerstvo, niz laboratorijskih postupaka i tehnika koje omogućavaju izdvajanje ili sintezu točno određenoga gena ili odsječka gena, njegovu analizu i preinačivanje (modifikaciju), te ponovno uvođenje i ekspresiju u istom ili nekom drugom organizmu ili stanici.

Temelj genetičkog inženjerstva su geni. Oni su materijalne jedinice nasljeđivanja, dijelovi molekula deoksiribonukleinske kiseline (DNA) koji nose informaciju o nasljednim osobinama od roditelja na potomstvo. Svi geni organizma, odn. cjelokupna DNA organizirana u kromosome, čine genom nekog organizma. Sekvenciranje DNA jedna je od metoda genetičkog inženjerstva kojom se rješava struktura genoma, odn. pronalazi točan redoslijed nukleotida u njemu. Tehnologija rekombinantne DNA (rDNA) često je sinonim za genetičko inženjerstvo. Ona obuhvaća niz molekularno-genetičkih metoda, gdje se za izdvajanje gena rabi enzim endonukleaza te za sintezu enzim DNA-ligaza, a uz pomoć kojih je moguće preinačiti DNA radi izradbe hibridne (kimerne) molekule DNA od posebnog interesa. Takva se hibridna DNA uz pomoć tzv. vektora (plazmida ili virusa s uklonjenim genom za virulenciju) kao prenositelja odsječka DNA i replikacije može ugraditi u genom stanice domaćina. Tako nastaju → genetički modificirani organizmi (GMO). Kako GMO sadrži gen koji potječe iz nekog drugog organizma ili vrste (transgen), rabi se i naziv transgeni organizam. Metoda genetičkog inženjerstva je i kloniranje, postupak dobivanja skupa genetički jednakih molekula, stanica ili individua, identičnih (iako, zbog uobičajenih mutacija ne u potpunosti) nekoj prvobitnoj molekuli, stanici ili organizmu, nastalih diobom (nikako oplodnjom), i to nespolno (aseksualno), vegetativno ili na temelju diploidne partenogeneze (tj. razvojem zametka iz jajne stanice bez oplodnje). Tehnikama kulture biljnih stanica (→ stanična kultura) i tkiva u laboratoriju se primjerice iz pojedinih biljnih stanica ili malih dijelova biljke mogu uzgojiti čitave biljke, odn. klonovi majčinske biljke. Osim pod čovjekovim nadzorom, kloniranje se svakodnevno događa u prirodi, osobito u biljnih organizama (npr. rasađivanjem ogranaka materinskih biljaka pri razmnožavanju jagoda).

Trodimenzijski animirani računalni model DNA

Primjena genetičkog inženjerstva i povijesni razvoj u svijetu

Primjena genetičkog inženjerstva

Genetičko inženjerstvo je najprije primijenjeno i usavršeno u bakterija i drugih mikroorganizama. Tako promijenjeni sojevi bakterija i kvasaca uporabljeni su za proizvodnju većih količina vrijednih proteina kao što su hormoni i → enzimi, virusnih proteina za → cjepiva, → antibiotika i drugih proizvoda koje je bilo teško dobiti klasičnim postupcima. Geni (i fragmenti DNA) su se poslije unosili i u stanice biljaka, sisavaca i drugih životinja. Danas se genetičko inženjerstvo rabi rutinski u gotovo svim istraživanjima temeljnih bioloških mehanizama bakterija, biljaka i životinja te u biomedicinskim istraživanjima. Primjenu je pronašlo u → biotehnologiji, → bioprocesnom inženjerstvu, medicini i → agronomiji. Tako se metodama genetičkog inženjerstva proizvode → lijekovi (biofarmaceutici), cjepiva (protiv hepatitisa B, herpesa, bjesnoće) i terapeutski proteini (inzulin, interferon, hormon rasta, čimbenici rasta, čimbenici zgrušavanja), a sekvenciranjem humanih genoma nastoje se identificirati geni za različite bolesti radi njihova zaustavljanja ili liječenja. U poljoprivredi se genetičkim inženjerstvom stvaraju biljke otporne na herbicide, ekstremne vremenske uvjete, loše uvjete skladištenja i transporta, te se rabi za proizvodnju biljaka bolje prehrambene vrijednosti (→ genetika u poljoprivredi). U različitim industrijama primjenjuju se GM bakterije koje razgrađuju toksični otpad, GM kvasci koji iz celuloze stvaraju glukozu i alkohol za gorivo, u uzgoju alga u marikulturi i dr.

In vitro uzgoj potencijalnih somaklonova pšenice otpornih na sušu, Zavod za oplemenjivanje bilja, genetiku i biometriku, Agronomski fakultet u Zagrebu

Jedna od mogućih primjena genetičkog inženjerstva je terapijsko kloniranje stanica, organa i tkiva za transplantaciju. Za razliku od reproduktivnoga kloniranja, gdje bi se novostvoreni embrij klona vratio u okoliš maternice i koje bi za cilj imalo stvaranje nove osobe, terapijsko kloniranje rabi tzv. transfer jezgre somatske stanice. Taj proces zasniva se na izdvajanju DNA iz somatske (nespolne) stanice individue kojoj je potrebna transplantacija i umetanju u drugu jajnu stanicu iz koje su prethodno odstranjeni kromosomi. Jajašce sadrži pacijentov genski materijal te je stimulirano na diobu, tako formirajući blastocistu, a stanice iz blastociste se dalje rabe za dobivanje embrionalnih matičnih stanica, nediferenciranih stanica koje mogu tvoriti širok raspon različitih vrsta stanica. Podrazumijeva se da je primjena takvih postupaka moguća tek nakon savladavanja mnogih imunoloških, metodoloških, tehničkih, etičkih i drugih prepreka.

Povijest genetičkog inženjerstva u svijetu

Genetičko inženjerstvo temelji se na mnogim znanstvenim otkrićima i spoznajama iz genetike i molekularne biologije koja se odnose na nasljeđivanje i razmnožavanje u živih bića. Prvo od međusobno povezanih otkrića bilo je ono gena, koje je 1865. otkrio češki prirodoslovac Gregor Johann Mendel, utemeljitelj genetike. Opća struktura DNA i njezina uloga u nasljeđivanju otkrivena je 1950-ih, za što su najzaslužniji znanstvenici Maurice Hugh Frederick Wilkins, Rosalind Elsie Franklin, James Dewey Watson i Francis Harry Compton Crick. Nedugo potom molekularni biolozi Werner Arber, Hamilton Othanel Smith i Daniel Nathans otkrili su restrikcijske endonukleaze, enzime koji su prirodni dio bakterija (obrana od virusa bakteriofaga), a koji presijecaju molekulu DNA na točno određenim redoslijedima nukleotida čineći usjeke te se mogu rabiti kao tzv. molekularne škare za DNA. Godine 1967. otkriven je enzim DNA-ligaza, koji se dobiva iz bakterija ili bakteriofaga, a kojim je moguće spajati navedene usjeke u lancu molekule DNA. Ubrzo su ustanovljene i metode kojima se molekule DNA mogu ugraditi u specifične genske elemente bakterija i umnožiti u milijardama primjeraka. Sve te spoznaje bile su preduvjet za ideju o spajanju dviju molekula DNA iz različitih organizama u epruveti te unošenju u organizam domaćina gdje bi ta hibridna molekula DNA izrazila svoja svojstva.

Američki biokemičar Paul Berg bio je prvi kojemu je to uspjelo 1972. te je začeto genetičko inženjerstvo. Prva GM bakterija stvorena je 1973., a radilo se o bakteriji Escherichia coli koja je sadržavala gen za proizvodnju inzulina (1973). Daljnjim razvojem genetičkog inženjerstva omogućeno je uvođenje preciznih genetičkih promjena u žive organizme uključujući i mogućnost sinteze DNA i prijenosa između različitih organizama (vrsta). Američki znanstvenici Herbert Boyer, Arthur Riggs i Keiichi Itakura prvi su 1977. uspjeli eksprimirati (izraziti) ljudski gen u bakteriji i tako proizvesti hormon somatostatin. Hormon inzulin prvi je put u bakteriji eksprimiran 1978., a inzulin koji se danas proizvodi više nije istovjetan prirodnomu ljudskom inzulinu, već je dodatno unaprijeđen genetičkim inženjerstvom. Prvi GM sisavac, miš, stvoren je 1974. Godine 1977. istodobno su objavljene dvije metode sekvenciranja DNA Maxam-Gilbertova i Sangerova. Britanski biokemičar Frederick Sanger prvi je 1977. sekvencirao genom, a radilo se o bakteriofagu ΦX174. Prva patentirana GM bakterija bila je bakterija koja metabolizira masnoće iz roda Pseudomonas te ujedno predstavlja prvi patentirani živi organizam (SAD, 1981). Prva GM biljka (duhan otporan na antibiotike) proizvedena je 1983., a prva komercijalno dostupna GM biljka bila je rajčica Flavr Savr s većom otpornosti na truljenje (1996). Prva genska terapija na čovjeku provedena je 1990. u SAD-u na četverogodišnjoj djevojčici primjenom terapijskoga gena u svrhu liječenja nasljedne monogenske bolesti, teške kombinirane imunodeficijencije koja proizlazi iz manjka enzima adenozin-deaminaze.

Napretku je znatno pridonio međunarodni golemi Projekt ljudskoga genoma (1990–2003) kojim je određen slijed gotovo svih od tri milijarde parova baza DNA ljudskoga genoma. Prvi klonirani sisavac, ovca Dolly stvorena je u škotskom Institutu Roslin 1996. Genetičko inženjerstvo životinja, osim na poboljšanje samih životinja (rast, otpornost i dr.), usmjereno je na njihovu uporabu za biološku proizvodnju farmaceutskih proizvoda koji se izlučuju u njihovu mlijeku, poput humanih čimbenika zgrušavanja, hormona rasta i dr. Znatno smanjenje troškova sekvenciranja genoma uz povećanje brzine ostvareno je razvojem masivnoga paralelnog sekvenciranja 2005., a posljednji revolucionarni pomak ostvaren je 2012. kad su Jennifer Doudna i Emmanuelle Marie Charpentier otkrile sustav za ciljanu modifikaciju genoma CRISPR/Cas9 (engl. akronim od Clustered, Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated protein 9). Taj sustav prirodno služi bakterijama za obranu od bakteriofaga, a njegova uporaba omogućava još uspješnije, jednostavnije i preciznije uvođenje genetičkih modifikacija u živu stanicu.

Prva klonirana životinja bila je ovca

Razvoj i primjena genetičkog inženjerstva u Hrvatskoj

Već 1970-ih, ubrzo nakon otkrića u svijetu, hrvatska farmaceutska industrija i istraživačke skupine okupljene oko → Instituta Ruđer Bošković (IRB; sv. 4), farmaceutskoga poduzeća → Plive i sastavnica Sveučilišta u Zagrebu, napose → Prehrambeno-biotehnološkoga fakulteta (PBF) i → Prirodoslovno-matematičkoga fakulteta (PMF; sv. 4), rabile su tehnologiju rDNA za svoja osnovna i primijenjena istraživanja.

Genetičko inženjerstvo u Hrvatskoj industriji

Tehnologije genetičkog inženjerstva u najvećoj su se mjeri razvijale i primjenjivale u Istraživačkom institutu Plive (danas Fidelta istraživanje i razvoj), u Odjelu za mikrobnu i molekularnu biologiju. Odjel je imao dugogodišnje iskustvo u radu na genetici industrijskih mikroorganizama koji sintetiziraju proizvode korisne za ljudsko zdravlje (antibiotike, vitamine i enzime), a uobičajene metode rada u dobivanju tih mikroorganizama bile su selekcija i mutageneza. Ta su iskustva dala čvrste temelje za lakšu primjenu i prihvaćanje tehnologija rDNA, odn. genetičkog inženjerstva. Tehnike koje su u svijetu bile razvijene na modelima bakterija, a s kojima su istraživači Plive imali iskustva zbog uhodane proizvodnje antibiotika u bakterijama roda Streptomyces, bile su čvrsta osnova za razvoj i primjenu novih tehnologija genetičkog inženjerstva. Tako su Plivini stručnjaci i znanstvenici koji su se bavili genetikom na molekularnoj razini s lakoćom prihvatili tehnologije rDNA. Istraživanja su bila usmjerena prema otkriću novih, biotehnološki zanimljivih biosintetskih putova s pomoću metaboličkog inženjerstva (mikroorganizmi Erwinia, Aureobacterium), kloniranju i ekspresiji gena različita podrijetla (streptomiceti, E. coli, Bacillus sp.) radi proizvodnje proteina, dobivanju virusnih cjepiva (konstrukcija gena za transfekciju) te konstrukciji plazmidnih vektora za industrijski važne sojeve bakterija. Među najznačajnijim stručnjacima bili su Jasenka Pigac, → Daslav Hranueli (koji se bavio plazmidnim vektorima kod streptomiceta), Zora Toman, Maja Bilić i → Vladimir Delić.

V. Delić bavio se plazmidnim vektorima u roda Erwinia, kao i konstrukcijom, kloniranjem i ekspresijom gena u prokariotskim organizmima metodama rDNA te je autor pet patenata. Pridonio je otkrivanju metode kooperativne biosinteze za analizu redoslijeda blokova u biosintetskim putovima mikroorganizama, pronašao je optimalne uvjete mutageneze nitrozogvanidinom u bakterija roda Streptomyces i Gaffkya, proveo izolaciju i karakterizaciju regulatornih mutanata u biosintetskim putovima za histidin i izoleucin u mikroorganizama te otkrio nove neopisane plazmide.

Danas se genetičkim inženjerstvom u svojim istraživanjima i dijagnostici koriste različite istraživačke skupine. Većina ih je okupljena oko sveučilišta: zagrebačkog PBF-a, PMF-a, → Farmaceutsko-biokemijskoga fakulteta, Medicinskog fakulteta, → Fakulteta kemijskog inženjerstva i tehnologije te Centra za istraživanje i prijenos znanja u biotehnologiji, kao i riječkog Medicinskoga fakulteta, splitskog Prirodoslovno-matematičkoga fakulteta i Medicinskoga fakulteta u Osijeku. Tehnologijom se bave i zagrebački IRB, Mediteranski institut za istraživanje života u Splitu, Hrvatski zavod za javno zdravstvo te poduzeća → BICRO Biocentar, → Genera, Fidelta za istraživanje i razvoj (nekadašnji Plivin Istraživački institut) i Hospira Zagreb.

Pogled na zgradu BIOCentra

Inkubator za uzgoj staničnih kultura i laminar za sterilan rad sa staničnim kulturama u pozadini, Centralni laboratorij BICRO BIOCentra, BIOCentar

U proizvodnim pogonima tvornice Hospira Zagreb proizvodi se lijek filgrastim (trgovačkog naziva Nivestim), rekombinantni ljudski faktor stimulacije rasta granulocita (G-CSF), koji je zasad jedini odobreni bioslični lijek koji se proizvodi u RH. U proizvodnji se rabi vektor konstruiran tehnikama genetičkog inženjerstva, a proizvodnja proteina odvija se u stanicama bakterije E. coli.

Metodama genetičkog inženjerstva u istraživanju i razvoju proizvoda koriste se hrvatske istraživačke institucije, farmaceutska i prehrambena industrija. Prema Zakonu o genetski modificiranim organizmima (NN 126/19), sve institucije u RH koje rade s GM organizmima upisane su u upisnik nadležnoga ministarstva. Ondje je do 2019. upisano 19 institucija s ukupno 55 prijavljenih zatvorenih sustava za rad s GMO-om (laboratorija ili ustrojbenih jedinica), od kojih je njih 11 registrirano za drugu razinu opasnosti (od četiri), gdje je rizik za ograničenu uporabu GMO-a mali.

Genetičko inženjerstvo u Hrvatskoj znanosti

Kad je Zakonom iz 1902. podignut gospodarski odjel križevačkog učilišta na rang višega učilišta, u Križevcima se stvara mnogobrojni znanstveni kadar, a mnogi bivši studenti postat će poznati znanstvenici izvan Hrvatske. Najpoznatiji među njima je → Milislav Demerec, jedan od najznačajnijih genetičara svoga doba te utemeljitelj bakterijske genetike, iz koje se razvila suvremena molekularna biologija i današnja molekularna genetika. Većinu radnoga vijeka Demerec je proveo u SAD-u, gdje se među ostalim od 1920-ih bavio istraživanjima bakterija i bakterijskih virusa (bakteriofaga), rezistencijom bakterija na antibiotike, te od 1950-ih analizom gena koji kontroliraju sintezu raznih aminokiselina u bakterija. Ispitivanjem funkcionalne organizacije bakterijskoga kružnog kromosoma otkrio je 1960-ih fenomen bliske vezanosti gena čiji proteinski proizvodi, enzimi, omogućuju ostvarenje sličnih funkcija. Njegova otkrića bila su ključne preteče za suvremeno razumijevanje funkcije gena i razvoj genetičkog inženjerstva. Nastavivši suradnju sa znanstvenicima u Hrvatskoj, Stjepanom Jurićem, → Aloisom Tavčarom i → Albertom Ogrizekom, pomagao je još od 1920-ih razvoj biometrike i oplemenjivanja bilja na → Agronomskome fakultetu u Zagrebu. Profesor Visokoga gospodarskog učilišta u Križevcima i pionir hrvatske biljne genetike → Gustav Bohutinsky prvi je u Hrvatskoj izvodio pokuse iz uzgoja bilja na temelju Mendelovih genskih zakona.

Genetički analizator za sekvenciranje genoma biljaka i životinja, analizu genske varijabilnosti populacija i selekcioniranje poželjne jedinke na temelju njihove nasljedne tvari, Zavod za oplemenjivanje bilja, genetiku i biometriku, Agronomski fakultet u Zagrebu

Kolonije bakterija u kojima je umnožena rekombinantna DNA što nosi informaciju za rezistenciju na antibiotik koji se nalazi u hranjivoj podlozi, Centralni laboratorij BICRO BIOCentra, BIOCentar

Prehrambeno-biotehnološki fakultet. Razvoj mikrobne genetike na zagrebačkom sveučilištu je osnutkom nekoliko studija potaknula → Vera Johanides, začetnica biotehnologije u Hrvatskoj. Pod njezinim vodstvom u Laboratoriju za industrijsku mikrobiologiju Tehnološkog fakulteta u Zagrebu (danas PBF) potkraj 1970-ih u Hrvatskoj se počela razvijati genetika industrijskih mikroorganizama. Od 1979. pod vodstvom → Marije Alačević, naziv laboratorija promijenjen je u Laboratorij za biologiju i genetiku mikroorganizama (1980) te su nastavljena istraživanja oplemenjivanja industrijskih mikroorganizama primjenom klasičnih genetičkih metoda i metoda rDNA, posebice bakterija roda Streptomyces koje se rabe u proizvodnji antibiotika, kao i proučavanje molekularnih mehanizama mutageneze i popravka DNA. Laboratorij je 1994. preuzela → Jasna Franekić Čolić, a 2011. Ivan-Krešimir Svetec. I.-K. Svetec, Berislav Lisnić i → Zoran Zgaga zaslužni su za otkriće dvaju fenomena u domeni stabilnosti genoma. Z. Zgaga je na PBF-u djelovao od 1980-ih te je osnivač hrvatske genetike → kvasaca.

Laboratorij za biologiju i genetiku mikroorganizama, Prehrambeno-biotehnički fakultet

Institut Ruđer Bošković i Pliva su 1970-ih u okviru Republičke zajednice za znanstveni rad (danas Ministarstvo znanosti i obrazovanja) započeli istraživanje Primjena genetičkog inženjerstva u biotehnologiji: konstrukcija plazmida za kloniranje gena kod streptomiceta, industrijskih proizvođača antibiotika, kojim se istraživao prijenos modificiranih gena bakterije E. coli u bakteriju Streptomyces spp. Molekularno-genetička istraživanja streptomiceta tako su doživjela uzlet (kako na PBF-u tako i u Plivi te IRB-u), međutim, nedostajalo je prikladnih vektora za kloniranje gena. Problemom su se bavili znanstvenici Laboratorija za biosintezu IRB-a koji je 1976. osnovao i vodio → Željko Kućan (sv. 4). Ondje su radili Ira Kućan, Miroslav Plohl, Đurdica Ugarković, → Ivana Weygand-Đurašević (sv. 4) i → Vera Gamulin (sv. 4). V. Gamulin bila je jedna od ključnih osoba hrvatske molekularne biologije jer je prva u Hrvatskoj prepoznala važnost rDNA tehnologije. Njezinim je zauzimanjem IRB-u dodijeljen uređaj za automatsko sekvenciranje DNA, čime je utemeljen servis za određivanje slijeda nukleotida molekula DNA dostupan svim znanstvenicima, što je bila prva servisna djelatnost toga tipa u Hrvatskoj.

OOUR Organske kemije i biokemije Instituta Ruđer Bošković

U Laboratoriju su do ranih 1980-ih ustanovljene mnogobrojne metode genetičkog inženjerstva: izolacija i detekcija plazmida u E. coli i Streptomyces lividans, izolacija čiste DNA plazmida ultracentrifugiranjem u gradijentu cezijeva korida i etidijeva bromida, elektroforeza na gelu agaroze i poliakrilamida, obilježavanje krajeva DNA i tRNA s radioaktivnim izotopom fosfora 32P, metoda transfera kromosomske i plazmidne DNA s gela agaroze na nitrocelulozne filtre kao i hibridizacija DNA. Specifičnim nukleolitičkim cijepanjem i zatim enzimskim spajanjem plazmida pBR322 i pIJ350 dobiven je željeni bifunkcionalni plazmid (vektor) pogodan za ugradnju stranih gena koji se dobro umnožava u dvije vrste bakterija. Ključni korak u pronalasku tog prikladnoga vektora načinile su 1985. V. Gamulin i J. Pigac iz Plive, koje su nakon dugotrajne selekcije uspješno konstruirale vektor pZG1 te potom i nekoliko drugih vektora za prijenos gena između Streptomyces spp. i E. coli. Plazmid pZG1 bio je prvi rekombinantni ekspresijski vektor konstruiran u Hrvatskoj, a otkriće je objavljeno 1988. Istraživanjem strukturne nestabilnosti pZG1 u sojevima Streptomyces lividans i Streptomyces rimosus, za tu su primjenu poslije konstruirani stabilniji pZG5 i pZG6.

Od 1990-ih znanstvenici Instituta Lea Vojta i Hrvoje Fulgosi proučavali su protein TROL (ključan u fotosintezi i biogenezi biljaka). Najprije su u biljci uročnjaku pronašli gensku sekvencu za taj protein, potom su stvarali biljke s eliminiranim genom za TROL, no nedostajala je mogućnost stvaranja antitijela (imunoseruma) za taj protein. Uspjeh je ostvaren 2019. razvojem biotehnološkoga procesa proizvodnje proteina uz pomoć genetičkog inženjerstva (tehnologijom rDNA), pročišćavanjem proteina i na kraju dobivanjem antitijela za taj protein imunizacijom zečeva. Očekuje se skora komercijalizacija imunoseruma budući da je njegova uporaba nezaobilazna u istraživanjima fotosinteze, odn. različitih metoda čišćenja atmosfere, u istraživanjima alternativnih izvora energije, fotosinteze u algama i cijanobakterijama te u proizvodnji biljaka otpornijih na stres, koja su posljednjih godina iznimno važna zbog klimatskih promjena.

Prirodoslovno-matematički fakultet u Zagrebu. U istraživanjima je surađivao i Kemijski odjel PMF-a, na kojem je Ž. Kućan bio profesor te pokretač svih biokemijskih kolegija. Pod njegovim su vodstvom u Laboratoriju za biosintezu pokrenuta, u svijetu aktualna, istraživanja nukleinskih kiselina i biosinteze proteina. U suradnji sa → Željkom Trgovčevićem (sv. 4) suotkrivač je razgradnje DNA u ozračenih bakterija i pokretač istraživanja molekula tRNA u Hrvatskoj. S → Branimirom Miletićem (sv. 4) otkrio je da se dio genetičkoga materijala DNA u ozračenih bakterija metabolički depolimerizira (1961). Bavio se i istraživanjem prevođenja genetičke poruke (biosinteza proteina), osobito uloge tRNA u tom procesu. Pokazao je da inhibicija biosinteze proteina antibioticima in vitro ovisi o sastavu prijepisa genetičke poruke, tj. o mRNA. Godine 1995. osnovao je Zavod za biokemiju, čime je započelo sustavno eksprimiranje, pročišćavanje i analiziranje rekombinantnih proteina u RH.

Istaknuti hrvatski molekularni genetičar Ž. Trgovčević djelovao je u IRB-u od 1964. i na PMF-u od 1983. Razvoju molekularne genetike u Hrvatskoj pridonio je otkrićem uloge pojedinih rekombinacijskih proteina u procesima za popravak ili replikaciju DNA u ozračenih bakterija u kojima su enzimi za popravak ili replikaciju proizvod bakterijskoga genoma ili su uneseni u bakterijsku stanicu s pomoću plazmida ili bakteriofaga (sa Ž. Kućanom). Zaslužan je i za spajanje biokemijskih s molekularno-genetičkim istraživanjima i otkriće da radiosenzitivnost bakterije određuju u međusobnoj interakciji dva rekombinacijska sustava, sustav bakterije i sustav faga.

Njihova suvremenica I. Weygand-Đurašević zaslužna je za pokretanje hrvatskih istraživanja strukture i funkcije proteina te je zahvaljujući njoj na Kemijskom odjelu PMF-a genetičko i proteinsko inženjerstvo postalo znanstvenim područjem. Bavila se osobito aminoacil-tRNA-sintetazama i kloniranjem gena za te enzime metodama genetičkog inženjerstva. U Hrvatskoj je uvela u uporabu suvremene metode genetičkog inženjerstva i ustanovila metode proteinskog inženjerstva koje su omogućile uvođenje željene promjene na točno određenom mjestu u makromolekuli i ekspresiju takva proteina u stanici. Od tada do danas u Zavodu za biokemiju pripremljeno je više od 100 rekombinantnih proteina od kojih su mnogima svojstva bila preinačena genetičkim i proteinskim inženjerstvom, a rabe se za detaljnu analizu strukture i funkcije proteina aminoacil-tRNA-sintetaza te određivanje njihova unutarstaničnog smještaja.

Utjecaj tehnika rDNA donio je znatan napredak i u molekularnoj biologiji, tako da su se na fakultetima u Zagrebu brzo mijenjali nastavni kurikuli i osnivali novi zavodi. Osim na Kemijskom odjelu, genetičko inženjerstvo razvijalo se i na Biološkom odjelu PMF-a, u Zavodu za molekularnu biologiju osnovanom 1989., koji je vodila → Sibila Jelaska (sv. 4). S. Jelaska bila je pokretačica primjene više tehnika kulture biljnoga tkiva za potrebe klonskoga razmnožavanja vrijednih biljnih vrsta, a na IRB-u je 1994. osnovala Laboratorij za primjenu kulture biljnoga tkiva u genetici.

Uz profesorice PMF-a Draženu Papeš i Marijanu Krsnik Rasol, za održavanje novih kolegija u Zavodu su angažirani mnogi znanstvenici iz IRB-a, Instituta za tumore i Plivina Instituta: za biofiziku → Greta Pifat-Mrzljak (sv. 4), za molekularnu genetiku Ž. Trgovčević, za uzgoj animalnih stanica u kulturi → Jasna Ban (sv. 4), Biserka Nagy za mutagenezu i kancerogenezu te V. Delić za tehnologiju rekombinantne DNA i osnove biotehnologije. U genetičkom inženjerstvu u biljnoj biotehnologiji aktivnosti Zavoda bile su usmjerene na transformacije posredovane agrobakterijama koje su primijenjene na više biljnih vrsta (hren, bundeva, četinjače, ukrasna kopriva, šećerna repa) u istraživanju metabolizma sekundarnih produkata (peroksidaze, ružmarinska kiselina, taksol) u transgeničnome tkivu, te na istraživanja diferencijacije i regeneracije biljne stanice. Istraživali su se i mehanizmi razvoja i regeneracije biljnog organizma in vitro u kontroliranim uvjetima radi dobivanja klonskih i/ili genetički preinačenih biljaka, proučavala se genska aktivnost u određenim fazama razvoja biljke, a naročito su se istraživali čimbenici somatske embriogeneze.

Velik doprinos u Zavodu ostvario je i Srećko Jelenić (1966–2008) koji se bavio istraživanjem procesa prijenosa željenih gena na unaprijed određeno mjesto biljnoga genoma te molekularnim aspektima homologne rekombinacije u prokariotskom i eukariotskom genomu.

U novije se doba u Zavodu rabe tehnike genetičkog inženjerstva na bakteriji E. coli za pripremu bakterijskih sojeva i ekspresijskih plazmida. U pripremi bakterijskih sojeva s deletiranim genima rabi se metoda koja se temelji na umnažanju gena za otpornost na antibiotik omeđen ciljnim sljedovima s kojima će se zamijeniti kromosomski gen ako dođe do homologne rekombinacije (engl. recombineering). Rabe se tehnike genetičkog inženjerstva u biljnoj funkcionalnoj genomici i epigenetici, u kojima se koriste GM biljke dizajnirane u svrhu jednostavnog monitoring stupnja i tipa metilacije DNA tijekom reproduktivnoga razvoja i odgovora biljaka na stres, te za praćenje transporta i metabolizma biljnoga regulatora rasta auksina. Razvijaju se i tehnologije brzog kreiranja čistih linija koje bi mogle ubrzati klasično oplemenjivanje naspram dugotrajne i zahtjevne tehnike selekcije linija poboljšanih (željenih) svojstava.

U zavodskome Laboratoriju za epigenetiku istraživanjima razvoja molekularnih alata temeljenih na tehnologiji CRISPR-Cas9 bavi se → Ivana Ivančić Baće (sv. 4). U Laboratoriju se aktivni konstrukti ubacuju u animalne stanice u kulturi kako bi se modificiralo epigenetičko stanje i ekspresijski profil gena kandidata u istraživanju regulacije glikozilacije imunoglobulina G te u istraživanjima molekularne osnove kroničnih upalnih bolesti i dijabetesa tipa II i tipa HNF1A-MODY. U projektu Vlatke Zoldoš, u suradnji sa zagrebačkim Medicinskim fakultetom, fuzijski konstrukti CRISPR/dCas9 injektiraju se u mozak miša u svrhu istraživanja gena koji sudjeluju u oporavku mozga nakon induciranoga moždanog udara.

Hrvatska sveučilišta i instituti obrazovali su mnoge genetičare, biotehnologe, molekularne biologe i biokemičare koji rabe i razvijaju metode genetičkog inženjerstva, od kojih su neki ostvarili značajne znanstvene karijere u poznatim svjetskim i domaćim institucijama, poput Borisa Lenhardta (Velika Britanija), Zdenka Rengela (Australija), Nenada Bana, koji je otkrio trodimenzionalnu strukturu mnogih molekularnih struktura ribosoma (Švicarska) i → Igora Štagljara (sv. 4), koji je patentirao tehnologiju MYTH koja omogućava praćenje međudjelovanja membranskih proteina (Kanada), te → Gordana Lauca (sv. 4) i → Ive Tolić (sv. 4) u RH. Hrvatski znanstvenik → Miroslav Radman (sv. 4) otkrio je tzv. SOS-popravak DNA, → Ivan Đikić (sv. 4) zaslužan je za mnoga otkrića u liječenju tumora, a → Dragan Primorac (sv. 4) jedan je od utemeljitelja forenzične DNA analize u RH i među prvima u svijetu u primjeni analize DNA za identificiranje ostataka pronađenih u masovnim grobnicama.

Velik broj hrvatskih znanstvenika i stručnjaka područja okupljen je i u udrugama Hrvatsko genetičko društvo (1978) i → Hrvatska udruga genetičkih inženjera (2001).

Naslovnica zbornika Društveni značaj genske tehnologije, 1999.

Ostali podatci
Što pročitati?

Ž. Kućan, I. Zagoda: 120 godina nastave prirodoslovlja i matematike na Sveučilištu u Zagrebu. Zagreb, 1996.

D. Polšak, K. Pavelić: Društveni značaj genske tehnologije. Zagreb, 1999.

genetičko inženjerstvo
Prijenos rekombinantne DNA u mikroepruvetu, Centralni laboratorij BICRO BIOCentra, BIOCentar

Niz laboratorijskih postupaka i tehnika koje omogućavaju izdvajanje ili sintezu točno određenoga gena ili odsječka gena.

Kategorije i područja