Suport Curs 2018 Biotehnologii [620633]

1

BIOTEHNOLOGII – NOTE DE CURS

“Biotehnologie” provine din doi termeni
bio – deriva din grec. bios = viata
tehnologia – studiul al masinilor si uneltelor (termen utilizat inca de Plutarh si
Cicero)
Se pare ca notiunea a aparut pentru prima data in Danemarca in 1908 (unii autori considera
ca a fost introdusa pentru prima data in 1919).

Definitie
Biotehnologia este o stiinta inginereasca, pluridisciplinara ce utilizeaza materia vie pentru
degradarea, sinteza si producerea de materiale noi utilizate in activitatile umane.
Foloseste microorganisme, enzime, structuri celulare si subcelulare, biocatalizatori, tehnici de inginerie
genetica etc. Se bazeaza pe discipline fundamentale :
Genetica;
Biologie moleculara
Biochimie;
Embriologie;
Biologie celulara;
si discipline aplicative :
Inginerie chimica;
Informatica;
Robotica.
Clasificarea biotehnologiilor
Biotehnologii – rosii – medicale – obtinere de produse farmaceutice
(antibiotice, vaccinuri etc.), Farmacogenetica, Terapie genetica, Clonare etc.
– verzi – agricole (cresterea tolerantei la stresuri, micropropagare
– culturi “in vitro”, inginerie genetica, reducerea cantitatilor de pesticide utilizate, cresterea valorii
nutritionale a alimentelor, îmbunatatirea aromei, gustului si texturii alimentelor, biotehnologii
zootehnice
– albe – industriale ( enzime, compusi chimici utili, compusi
biologic activi din plante, biocombustibili, bioremediere, biodegradare, bioproteine, lipide microbiene,
glucide microbiene si vegetale, vitamine microbiene, enzime in produsele agroalimentare)
– albastre – marine

1 BIOTEHNOLOGIILE CLASICE

Încă din antichitate erau utilizate, în mod empiric, unele metode biotehnologice cum ar fi
fermentațiile cu ajutorul microorganismelor, cunoscute cu câteva milenii înainte de era noastră.
Babilonienii cunoașteau, încă din mileniul VI î.H., modul de preparare a berii precum și
bioconversia alcoolului etilic în acid acetic (oțet). Mai târziu, în mileniul III î.H., sumerienii cunoșteau
tehnologia fabricării a peste 20 de tipuri de bere. Descoperirile au demonstrat că majoritatea
popoarelor antice utilizau drojdiile pentru fabricarea unor produse alimentare (pâine, vin, bere etc)
precum și bacteriile pentru obținerea derivatelor lactate.
Progrese însemnate sunt realizate începând din secolul XVII când olandezul ANTON VAN
LEEUWENHOEK (1632- 1723) a descoperit, în anul 1680, la microscopul ce l-a inventat, existența
unei lumi microbiene, necunoscută până atunci. La microscopul său cu putere de mărire de circa 300
de ori, a observat micile vietăți pe care le-a numit “animalcule”, cu forme sferice, drepte sau spiralate,
care trăiesc în apa de râu, decoctul de fân, salivă și mustul de bere. Cercetările sale au făcut obiectul a
112 comunicări științifice, prezentate la Royal Society of London.
În secolul XIX, savantul francez LOUIS PASTEUR (1822 – 1895) a demonstrat că în procesul de
fermentație alcoolică are loc transformarea glucidelor în alcool etilic, cu degajare de CO 2, proces care

2furnizează energia necesară celulelor de drojdii ce se dezvoltă chiar în absența O 2. Concomitent
extinde studiile asupra fermentațiilor butirică și lactică.
În timpul primului război mondial, WEIZMANN a descoperit fermentația acetono- butanolică iar
produșii derivați i-a folosit la sinteza cauciucului sintetic (butadienă) și a unui exploziv denumit
cordiță. Cercetările biologului scoțian ALEXANDER FLEMING, inițiate în anul 1929, au deschis era
microbiologiei industriale moderne, prin elaborarea bazelor de obținere a penicilinei. A urmat
descoperirea streptomicinei de către colectivul condus de WAKSMAN (1943) și al
chloramphenicolului creat de SMITH și WORREL (1953). Până în anul 1959 s-au elaborat peste 4000
de antibiotice, perfecționându-se tehnicile și instrumentarul necesar în industria farmaceutică
(bioreactoare automatizate).
Ca rezultat al acestor descoperiri, la jumătatea anilor ’60 a apărut, cu o mare forță de dezvoltare,
biologia industrială, capabilă să producă o schimbare fundamentală a tehnicilor de fabricare a unui
număr mare de produse alimentare, farmaceutice și chimice. Folosind microorganisme specifice,
implicate în diferite fermentații anaerobe, s-au produs proteine alimentare și furajere, aminoacizi,
aromatizanți, acizi organici, îndulcitori alimentari, solvenți organici, enzime, medicamente precum și
noi surse energetice.

2 BIOTEHNOLOGIILE MODERNE

În centrul atenției specialiștilor în biotehnologii stă asigurarea necesarului de alimente pentru
populația globului, mai ales proteine și aminoacizi, producerea de medicamente pentru sănătatea
publică, pentru profilaxia și tratamentul celor 300 de boli ereditare și a celor unor maladii grave ale
sfârșitului de secol (cancerul și SIDA), combaterea efectelor nocive ale poluării mediului de viață
precum și obținerea de biocombustibili.

2.1 Scurt istoric al biotehnologiilor moderne
După cel de al doilea război mondial, în fruntea țărilor care au inițiat dezvoltarea
biotehnologiilor moderne a fost Japonia care, ca și alte țări asiatice, avea o foarte veche tradiție în
domeniul producerii băuturilor și a alimentelor fermentate, folosind ca materii prime orezul și soia.
Pe baza unui imens volum de date experimentale de biochimie microbiană, microbiologia
industrială japoneză a devenit rapid unul din principalele domenii ale cercetărilor științifice și
tehnologice, mai ales după anul 1953 când s-a creat Institutul de Microbilogie aplicată din Tokyo.
Creșterea prețului petrolului, după anul 1973, a stimulat industriile nipone să găsească alte
materii prime, în afara celor de natură petrochimică, pentru a păstra avansul tehnologic în unele
sectoare prioritare. În aceste condiții, Japonia a trecut la industrializarea modernă a fermentațiior
microbiene, satisfăcând rapid necesarul intern și devenind exportatorul principal cu produse de
fermentație spre țările asiatice. Până în anul 1980, Japonia a ajuns la o producție anuală de 50 mil. hl
bere, 27 mil.hl sake, 12 mil. hl sos de soia și 3 mil. hl oțet.
Dezvoltând rapid ingineria genetică, orientată spre recombinare ADN din unele sușe de
microorganisme, cercetătorii japonezi și ulterior americanii, au devenit, încă din anul 1957, posesorii
primelor licențe de fabricare a aminoacizilor esențiali ca: acid glutamic (1957), lizină (1957),
treonină (1960), fenilalanină (1961), producând, încă din anul 1980, peste 85.000 tone anual de
aminoacizi proteici, precum și a licențelor de fabricare a vitaminei B 12 (1959), a unor antibiotice, a
interferonului, a primelor medicamente de luptă împotriva cancerului și a multor produse alimentare,
farmaceutice, cosmetice și chimice.
Miracolul japonez în lansarea biotehnologiilor se datorează și investițiilor de zeci de miliarde
de yeni anual, prin cele 70 de mari companii implicate.
În prezent, microbiologia face parte din cultura cotidiană și obligatorie a tuturor universităților
și întreprinderilor japoneze. Aici există peste 1.500 de specialiști cu doctorat în microbiologie.
Biotehnologiile de producere a diferitelor substanțe utile s-au extins rapid și în alte țări
dezvoltate sub aspect industrial, respectiv S.U.A., țările vest-europene, China, fosta U.R.S.S.

3În S.U.A., activitatea uzinelor biotehnologice s-a concentrat, inițial, pe producerea siropului de
fructoză prin fermentarea porumbului, realizându-se anual peste 500.000 tone High Fructose Corn
Syrup, cu multiple utilizări în industria alimentară și farmaceutică. Fructoza are o putere de îndulcire
superioară zaharozei și glucozei, fiind unicul glucid acceptat în alimentația diabeticilor. Alte programe
naționale americane au urmărit obținerea, prin biotehnologii, a necesarului de medicamente, vaccinuri,
acizi organici (citric, acetic, fumaric, lactic), a unor aminoacizi, a proteinelor macromoleculare și a
drojdiilor de panificație. Randamentele ridicate ale biotehnologiilor americane s-au datorat aplicării în
producție a rezultatelor celor peste 45 companii de inginerie genetică, orientate în direcția recombinării
acizilor nucleici din diferite specii vegetale și a celor circa 700 de societăți specializate în
biotehnologii (firmele Cetus- 1970, Genentech- 1976, Eli Lilly, Genex, Genencor, Biogen, Centocor,
Immunex, Genzyme, Hybritech, Syntex etc).

În fosta U.R.S.S . existau în anii ’80 peste 100 de uzine biotehnologice dintre care 86 produceau
proteine monocelulare pentru consum zootehnic iar celelalte produceau aminoacizi, hormoni,
vitamine, antibiotice, enzime și lipide. Ca substrat nutritiv pentru microorganisme se foloseau, cu
precădere, deșeuri cu origine forestieră, agricolă și industrială.
În Europa de Vest programele naționale de investiții au stimulat apariția unor mari uzine
biotehnologice la Braunschweig (Germania), Cambridge, Mill Hill, Porton Down, Slough (Anglia),
Delft (Olanda), Strasbourg, Compiégne, Toulouse, Rhône- Poulenc (Franța), Pavia (Italia) etc.
În uzinele biotehnologice, bazate pe tehnici moderne de microbiologie industrială, se folosesc
bioreactoare speciale cu factori dirijați, cu capacități între 10.000-250.000 litri (cele mai frecvente de
20.000 litri). Prin perfecționarea tehnicii de cultivare s-a ajuns la un flux continuu în care se mențin
constante condițiile de viață microbiană (temperatură, pH, oxigenare, nutriție minerală și organică),
folosind un sistem modern de programare pe computere.
Coordonarea activității uzinelor biotehnologice și elaborarea programelor naționale de investiții
intră în atribuțiile societăților specializate care devin, treptat, priorități locale și naționale, asigurând
legături indispensabile între bioștiințe și bioindustrii precum și transferul de tehnologii ultramoderne.
Dacă în anul 1983 existau, pe plan mondial, 450 societăți de biotehnologie, în următorii 10 ani s-a
ajuns la 1.700 societăți în S.U.A., Europa și Asia. O activitate intensă desfășoară cele peste 60 societăți
biotehnologice din Franța: Immunotech, Genset, Transgéne- Mérieux, Calliope, Zymogenetics, Germe,
Coletica, Gist- Brocades, Bio- Europe etc .
Bilanțul activității acestor societăți și uzine specializate a fost prezentat la cel de al VII-lea
Congres European de Biotehnologie, ținut la Nisa în februarie 1995, la care au participat 70 de
societăți naționale, inclusiv din România.
Evaluarea produselor tehnologice obținute pe plan mondial la nivelul anului 1990 totaliza cifra
de 250 miliarde de dolari din care: 50 miliarde din producerea de etanol, 42,8 miliarde dolari din
produse agroalimentare provenite din porumb, 40,7 miliarde de dolari din antibiotice, 21,3 miliarde
dolari din vaccinuri, 7,5 miliarde dolari din aminoacizi, 6,1 miliarde dolari din hormoni, 4,6 miliarde
de dolari din acizi organici etc .
Extinderea biotehnologiilor în toate țările dezvoltate și slab dezvoltate, ar putea conduce nu
numai la rezolvarea unor probleme economice locale ci și la modificări radicale în structura
industriilor alimentare, chimice și farmaceutice, cu efecte benefice imediate, pe plan național și
mondial. Alegerea profilului de activitate pentru fiecare uzină biotehnologică, din diferite sau
macrozone populate, merită o atenție deosebită, urmărindu-se ca grefarea sistemelor tehnologice să
corespundă cu situațiile economice și sociale ale populațiilor respective. Astfel, crearea de cicluri
scurte de producere a proteinelor monocelulare prin biotehnologii poate prezenta avantaje foarte mari
în rezolvarea problemei alimentației umane, în dezvoltarea sectorului zootehnic, protecția solului,
reducerea ritmului de despădurire și valorificarea eficientă a forței de muncă rămasă disponibilă.
Ca o imagine retrospectivă a evoluției biotehnologiilor clasice și moderne se poate sublinia că
„prima revoluție biotehnologică ” lansată prin lucrările savantului LOUIS PASTEUR, a asigurat
difuzarea vaccinurilor și a primelor antibiotice, având ca efect imediat salvarea multor vieți omenești.
Cea de a „ doua revoluție biotehnologică ”, declanșată de școlile microbiologice japoneze și americane,
în ultimele 3 decenii, a început să-și facă simțită contribuția benefică în asigurarea alimentației și a
dreptului la viață a sute de milioane de oameni, mai ales a copiilor din lumea a III- a, care mor anual
din cauza subnutriției cronice.

4Progresele imense înregistrate în microbiologia mondială, după cel de al doilea război mondial,
l-au determinat pe ilustrul genetician FRANÇOIS JACOB, laureat al Premiului Nobel, să scrie: „ În
câțiva ani, omul a avut surpriza să constate că, fără microorganisme, această lume n-ar fi fost ceea ce
este în prezent ”.

2.2. BIOTEHNOLOGIILE PENTRU ASIGURAREA SĂNĂTĂȚII
Pentru sectorul de sănătate umană și animalieră, cercetările de biotehnologie aplicativă vizează
trei câmpuri de activitate: producerea de molecule cu efecte terapeutice, producerea de vaccinuri și
elaborarea unor metode mai eficiente de diagnosticare a bolilor. Asociația fabricanților de produse
farmaceutice din Franța înregistra noi creații pe cale biotehnologică (exceptând antibioticele):
– hormoni de creștere 12
– interferoni 13
– interleucine 14
– anticorpi monoclonali 41
– vaccinuri 15

2.3. PRODUCEREA DE ANTIBIOTICE
Antibioticele sunt substanțe produse de diferite microorganisme care au capacitatea de a
inhiba sau distruge alte microorganisme, unele implicate în declanșarea anumitor maladii
infecțioase .
Istoricul producerii de antibiotice coboară încă în antichitate. Pe un papirus rămas din timpul
celei de a 11-a dinastie egipteană (în urmă cu 4.000 de ani), se descrie utilizarea unor ciuperci și
mucegaiuri care creșteau pe suprafața iazurilor și erau utilizate în tratamentul rănilor deschise și
infectate. Tot pentru vindecarea rănilor și a furunculelor, grecii și chinezii din antichitate foloseau
sucul de soia și lutul fierbinte. Venind din vremuri mai apropiate, doctorul MOSSE (1852) propunea
tratamentul furunculozelor epidemice cu drojdie de bere ( Saccharomyces cerevisiae ) – o linguriță de 3
ori pe zi, care asigură o vindecare fără recidive.
Baza teoretică a producerii antibioticelor a fost prezentată de savantul român VICTOR BABEȘ ,
în anul 1885, care scria că unele microorganisme pot produce substanțe chimice capabile să inhibe
dezvoltarea altora iar „ o boală cauzată de unele bacterii va putea fi tratată cu ajutorul altor bacterii ”.
La scurt timp după formularea teoretică a lui BABEȘ apare descoperirea, din anul 1888, când
CHARDIN și GUIGNARD au demonstrat că bacteria Pseudomonas pyocyanea produce un pigment
solubil care este toxic pentru bacteria Bacillus anthracis , fără a cauza hemoliza globulelor roșii din
sângele organismului gazdă. Tot în acel timp, VUILLEMIN propune termenul de antibioză (contrar
simbiozei) care stă la baza acțiunii antibioticelor ce vor fi descoperite ulterior.
După unele experimentări cu rezultate contradictorii (SCHAPIRO – 1908, PORTER – 1924 la
actinomicete, PRAT și BOYLE la mucegaiuri), apare marea descoperire a scoțianului A LEXANDER
FLEMING (1929) care demonstra că o cultură de stafilococ auriu a fost distrusă prin suprainfectarea
cu mucegaiul Penicillium rubrum (notatum).
Era antibioticelor a fost inaugurată prin comunicarea despre penicilină prezentată de FLEMING
la Medical Research Club, în ziua de 13 februarie 1929 . Comunicarea a fost primită de bacteriologi
cu multă răceală și zâmbete de bunăvoință. Ulterior, o serie de cercetători s-au ocupat de
perfecționarea peniciline (LOVELL, RAISTRICK, CLUTERBRUCK). Obiectivul acestei munci a fost
finalizat abia în anul 1939 când australianul FLOREY și germanul CHAIN au reușit purificarea
penicilinei, în stare cristalizată, folosind procedeul liofilizării. Prin infectarea animalelor de experiență
cu stafilococi, streptococi și Clostridium , ei au reușit distrugerea acestora prin tratamente cu penicilină
pură. Pentru această extraordinară realizare, FLEMING, FLOREY și CHAIN au primit premiul Nobel
pentru medicină, în anul 1945.
Din aproape 5.500 de antibiotice cunoscute în prezent, circa 1.000 de tipuri sunt produse de 6
genuri de ciuperci filamentoase, dintre care cele mai importante sunt Penicillium, Streptomyces și
Cephalosporium . Peste 500 de forme sunt sintetizate de două tipuri de bacterii nefilamentoase, iar
3.000 de forme sunt produse de 3 genuri de actinomicete. Aceste specii de microorganisme sunt mai

5eficiente în cazul sușelor ameliorate prin mutații, recombinări de ADN și, eventual, prin inginerie
genetică.
Antibioticele au căpătat o foarte largă utilizare medicală, cu extindere rapidă în ultima jumătate
de secol, cele mai mult comercializate fiind penicilinele (produse de mucegaiul Penicillium
chrysogenum ), cefalosporinele (produse de mucegaiul Cephalosporium acremonium ),
streptomicinele și tetraciclinele (produse de bacteriile din genul Streptomyces ) la care se adaugă, în
cantități mai reduse, anthracidinele, aureomicinele, canamicinele și neomicinele.

2.4. PRODUCEREA DE HORMONI
a. Insulina. Este hormonul a cărui absență din organismul uman provoacă diabetul, boală
răspândită pe glob la peste 60 milioane de locuitori. Pentru corectarea acestei insuficiențe hormonale,
insulina a fost extrasă, inițial, din pancreasul de câine (în 1921) și experimentată, în 1922, la un băiat
de 9 ani, cu rezultate spectaculoase. Din anul 1923 firma americană Eli Lilly a produs insulina pe cale
industrială, prin extragerea din pancreasul de bovine și porc, cu un randament de 100g insulină
cristalizată la 100 kg pancreas (0,01 %)
Perfecționări aduse tehnicilor de preparare au permis obținerea unor produse cristalizate cu
acțiune lentă și ultralentă, fiind absorbite în 48 de ore. Această insulină, extrasă din bovine și porcine,
provoacă unele efecte secundare iar unii diabetici fac intoleranță la hormonul animal: pentru aceasta a
fost necesară purificarea insulinei animale până la calitatea celei umane, procedeu realizat de firma
daneză Novo Industrie (1981) prin substituirea aminoacidului alanina cu treonină, pe cale enzimatică și
separare cromatografică.
Ca structură chimică s-a constatat că insulina are două catene polipeptidice (A și B), lungi de 21
și 30 de aminoacizi. Sinteza celor două gene implicate în producerea catenelor polipeptidice a fost
realizată la universitatea din California (în 1979), prin includerea genei mutante într-o plasmidă, cu rol
de vector și transferul în bacteria Escherichia coli care produce circa 100.000 molecule de insulină la
o celulă bacteriană. Pe această cale microbiologică, firma Eli Lilly a dezvoltat, în anul 1977, sistemul
industrial de producere a proinsulinei și insulinei identice cu cea umană, fără a provoca eventuale
efecte secundare (tulburări renale și oculare). La Centrul de microbiologie aplicată din Porton Down
(Anglia), folosind un bioreactor de 1.000 litri mediu de cultură, s-au obținut 200 g insulină,
echivalentul al cantității extrase din 1.600 kg pancreas de bovine sau porcine: Insulina produsă prin
această tehnică de inginerie genetică poartă denumirea de humulină, înlocuind pe cea extrasă din
organismele animale.
b. Somatostatina . Este un hormon produs în organismul uman de glandă hipotalamus, situată la
baza creierului, având rol în eliberarea insulinei și a unor hormoni de creștere.
Pentru suplinirea carenței organismului în somatostatină, începând din anul 1977, a fost sintetizat
hormonul respectiv cu ajutorul bacteriilor recombinate genetic. Gena somatostatinei, sintetizată
artificial de ITAKURA (California), este alcătuită din 52 de nucleotide, având la bază 14 aminoacizi.
Această genă a fost introdusă într-o plasmidă și transferată în bacteria Escherichia coli care poate
sintetiza circa 10.000 molecule de somatostatină la o celulă bacteriană. Este posibilă sinteza a 1 mg
hormon la 1 litru de cultură bacteriană, cantitate ce s-ar extrage din 5 milioane creiere de oaie. Firma
Genentech din San Francisco (S.U.A.) a obținut un randament care poate ajunge la 3% somatostatină.
c. Somatotropina . Este hormonul uman de creștere (HCU), secretat de celulele lobului anterior
al hipofizei, într-o cantitate foarte redusă (4-6 mg/ hipofiză). În absența sa se provoacă nanismul
hipofizar (piticirea), frecvent în lume la 7-10 persoane dintr-un milion de indivizi. Administrarea de
somatotropină prin injecții intramusculare în doze de 10 mg/ kg corp/ an, fracționate în câte 3 injecții
pe săptămână, ar asigura un ritm normal de creștere a copiilor suferinzi de piticire. Condiția reușitei
tratamentului este începerea la vârsta de 4-5 ani, cu continuare până la sfârșitul pubertății și chiar după
aceasta.
Extragerea și purifucarea somatotropinei umane (HCU) a fost realizată de ROSS și colab. (1963)
din hipofiza cadavrelor, cu un randament foarte redus (4-5 mg hormon dintr-o hipofiză umană).
Societatea de inginerie genetică Genentech (S.U.A.) a reușit sinteza chimică a genei care
determină formarea acestui hormon, respectiv o proteină complexă alcătuită dintr-o secvență de 191
aminoacizi. După clonare în celula bacteriană de Escherichia coli , a rezultat o sușă selecționată (K-
12) care poate produce circa 100.000 de molecule de somatotropină la o celulă bacteriană. Acest

6hormon de creștere, obținut prin inginerie genetică, este pur din punct de vedere chimic, foarte
omogen, liber de viroze și cu o metionină în plus față de hormonul uman.
Firma Kabi Vitrum din Suedia a preluat sușa americană K-12 și a produs hormonul pe cale
industrială astfel că 1 litru de cultură bacteriană să realizeze, în 7 ore, o cantitate de hormon egală cu
cea extrasă din 60 hipofize umane și la un preț de cost mai redus de 3 ori. Hormonul obținut prin
biotehnologie poate fi folosit la stimularea creșterii, atât la oameni cât și la animale domestice.
d. Interferonul . A fost descoperit de ISAACS și LINDENMANN (1957), în Anglia, sub forma
unei proteine globulară, produsă de leucocitele din celula animală sau umană, având rol de apărare
antivirală și antitumorală, atunci când un virus pătrunde în organism. Interferonul endogen, cât și cel
administrat prin injecții, stimulează sistemul imunitar, înhibă înmulțirea celulelor anormale și combate
bolile de origine virală (gripă, hepatită, zona Zoster).
Întrucât producerea interferonului prin extracții din celule sanguine și fibroblaste este foarte
scumpă și laborioasă, W. GILBERT (1980) din Boston (S.U.A.) a încercat procedeul de sinteză a
secvențelor de ADN corespunzătoare unor gene modificate, pe care le-a inclus într-o plasmidă și le-a
transferat în celulele bacteriene de Escherichia coli . Ulterior, în anul 1981, cercetători de la
universitatea Seattle-Washington, în colaborare cu firma Genentech din California, au reușit să
transfere genele interferonului leucocitar în celulele drojdiei de bere ( Saccharomyces cerevisiae ) cu
genom modificat. Randamentul a devenit destul de mare în sensul că la 1 litru de mediu nutritiv de
celule de levuri s-au produs 25.000 de unități de interferon.
În prezent, interferonul leucocitar și fibroblastic se produce la un preț de cost destul de redus, în
urma reușitei de transfer a genelor în celulele bacteriene de Escherichia coli și Methylophilus
methylotrophus . Purificarea și testele chimice și farmacologice s-au făcut în unități de profil din
S.U.A., Japonia, Anglia, Franța, Suedia și Israel, urmărindu-se efectele în combaterea cancerului, prin
apărarea limfocitelor capabile să distrugă celulele canceroase. De asemenea s-a testat, cu bune
rezultate, eficacitatea în tratarea altor boli cum ar fi keratita herpetică, papilomul laringian, scleroza în
plăci, guturaiul, gripa, hepatita și zona Zoster.
Mai recent, firma internațională de biotehnologie Biogen din S.U.A. a reușit să perfecționeze o
tehnologie prin care se produce o cantitate de interferon de 1.000 de ori mai mare decât cantitatea
obținută prin prelucrarea aceluiași volum de sânge uman, produsul fiind utilizat, cu mare succes, și în
combaterea hepatitei (B, C)
e. Cortizonul – Este un hormon steroidic cu o eficacitate foarte ridicată în tratamentul
reumatismului articular. Sinteza chimică a cortizonului se realizează în 37 de etape. Folosind calea
biotehnologiilor, prin înmulțiea ciupercii Rhizopus arhizus care hidrolizează progesteronul, sinteza
cortizonului s-a redus la numai 11 etape, cu un preț de cost mai redus de 400 de ori.
f. Hormonii sexuali . Numeroase microorganisme eucariote conțin molecule de tip hormonal care
joacă un mare rol în manifestările sexualității, unele dintre ele fiind de natură steroidă. O mare parte
dintre hormonii sexuali sunt sintetizați prin metabolismul bacterian dar, în majoritatea cazurilor,
acțiunea microbiană constă dintr-o simplă bioconversie a unui compus natural sau obținut printr-o
sinteză chimică.
Sterozii sexuali, cu aplicații în chimia farmaceutică, sunt transformați (bioconvertiți) prin
procese de oxidare, reducere, hidroliză, condensare și izomerizare.
Reacțiile de oxidare sunt de 4 tipuri: hidroxilarea, dehidroxilarea, în oxidarea grupărilor hidroxil
și degradarea oxidativă a catenelor laterale, în urma cărora se obțin corticosteron, hidroxiprogesteron,
homoprogesteron, hidrocortizon etc. La aceste reacții participă, după caz, microorganisme din genurile
Aspergillus, Curvularia, Fusarium, Flavobacterium, Glomerella, Mycobacterium, Pellicularia și
Rhizopus .
Reacțiile de reducere se realizează prin hidrogenarea la nivelul grupărilor cetonice sub acțiunea
microorganismelor din speciile Rhodotorula glutinis și Kloeckera jensenii , implicate în sinteza unor
prostaglandine (sulprostone).
Reacțiile hidrolitice au acțiune asupra esterilor, cu eliberarea grupării OH din steroid sau asupra
eterilor, cu transformarea saponinelor, în prezența mucegaiului Penicillium chrysogenum , activând
compușii cu proprietăți terapeutice.

72.5. BIOSINTEZA VITAMINELOR
Încă din anul 1906, HOPKINS a stabilit că în alimentația animalelor sunt absolut necesari
“factori accesorii” care se găsesc în drojdia de bere. Ulterior, CAZIMIR FUNK (1912) a izolat din
drojdie acidul nicotinic și a dat denumirea de vitamine pentru acest grup de substanțe.
Majoritatea microorganismelor sunt capabile să sintetizeze toate vitaminele sau provitaminele de
care au nevoie, uneori în cantități mult superioare față de necesarul propriu, pentru procesele de
creștere. Astfel bacteria Ashbya gossypii , cultivată pe un mediu îmbogățit în lipide, sintetizează de
20.000 de ori mai multă riboflavină (vitamina B 2) față de necesarul propriu, iar bacteria Pseudomonas
denitrificans produce de 50.000 de ori mai multă cianocobalamină (vitamina B 12) decât îi este
necesară. De altfel, vitamina B 12 are ca sursă unică biosinteza microbiană. De asemenea, beta-
carotenul, precursorul vitaminei A, este sintetizat, în cantități foarte mari, pe cale biotehnologică.
În corpul microorganismelor s-a constatat prezența provitaminelor A, C și D precum și a
vitaminelor B 1 (tiamina), B 2 (riboflavina), B 5 (acidul pantotenic), B 12 (cianocobalamina), C (acidul
ascorbic), F (acidul folic), H (biotina), K (acidul para-aminobenzoic), PP (nicotinamida).
Vitamina B 1 (tiamina, aneurina) este sintetizată de drojdii (mai ales Endomyces vernalis ) și de
mucegaiuri din genul Aspergillus . Se pare că levurile au și capacitatea de a concentra vitamina B 1
dispersată în mediul de cultură. Este indicată în numeroase afecțiuni maladive, gastro-intestinale,
renale, hepatice, diabetice, alcoolism, psihopatii, stări de nervozitate, hipertiroidie, pelagră, precum și
după tratamente prelungite cu sulfamide și antiobitice. Tiamina este cunoscută și sub denumirea de
“vitamina performanței intelectuale” deoarece are efecte pozitive asupra activității sistemului nervos,
asigurând creșterea randamentului intelectual.
Vitamina B 2 (riboflavina). Este sintetizată de numeroase microorganisme: bacterii ( Aerobacter,
Azobacter, Mycobacterium și, mai ales, Clostridium la care riboflavina este un subprodus al
fermentației acetono-butilice), levuri (mai ales Candida floreri și Mycocandida riboflavina ) și
mucegaiuri.
S-a constatat că cele mai bune producătoare de riboflavină sunt mucegaiurile ( Ashbya gossypii și
Eremothecium ashbyii ) când sunt cultivate într-un mediu agitat, suplimentat cu lipide și la
temperatura de 300C, metabolizând riboza și un compus triciclic flavinic. După 5 zile se obțin cantități
de riboflavină care ajung la 5.000- 6.000 unități / ml mediu de cultură și se izolează prin cristalizare.
Conform recomandărilor O.M.S., necesarul mediu de vitamină B 2 este de 0,6 mg la 1000 kcal și este
indicată în numeroase afecțiuni ca: stomatite, dermatite, conjuctivite, cataracte, keratoze, psoriazis etc.
Riboflavina are rol determinant în fixarea fierului la nivelul hemoglobinei, în sinteza proteinelor
precum și în degradarea lipidelor și glucidelor.
Îmbunătățește vederea prin mărimea sensibilității retinei și contribuie la dezvoltarea fizică a
organismului.
Vitamina B 5 (acidul pantotenic). Este produsă prin cultură de Sporobolomyces holsaticus ca
urmare a condensării beta-alaninei și a acidului pantoic, care derivă din valină. Prin cuplări fosforilate
cu riboza și adenina intră în structura coenzimei A, produsă de diferite bacterii. Acidul pantotenic are
rol în catabolismul glucidelor și lipidelor, cu eliberarea energiei necesare proceselor fiziologice și în
desfășurarea multor reacții enzimatice. Favorizează menținerea structurii normale a pielii și stimulează
creșterea și pigmentarea părului.
Vitamina B 12 (cianocobolamina). Este cel mai eficient factor de prevenire și combatere a
anemiei pernicioase. Are un ciclu pseudoporfirinic, legat de un atom de cobalt.
Este produsă intracelular de microorganisme din genul Streptomyces și din speciile Bacillus
megaterium și Propionibacterium freundenreichii , începând din anul 1949. Vitamina B 12 a fost
izolată prima dată din ficat de către FOLKERS și SMITH (1948) (din o tonă de ficat au rezultat numai
28 mg vitamină B 12). Cea mai importantă sursă de vitamină B 12 este microflora din intestinul
rumegătoarelor sau din cecul și colonul erbivorelor nerumegătoare. Producerea pe cale fermentativă a
fost realizată, pentru prima dată, de STOKSTAND (1948) prin cultivarea bacteriei Flavobacterium
solare. Ulterior, cercetările au progresat rapid obținându-se culturi de Propionibacterium shermanii ,
P.freundenreichii etc. care sintetizează cantități mari de vitamină. Mediul nutritiv este format din
glucoză, extract de drojdie, hidrolizat de caseină, săruri de cobalt etc. Necesarul uman de vitamină B 12 ,
recomandat de O.M.S., este de 2µg/ zi. Este cunoscută și sub denumirea de “vitamina roșie” deoarece
favorizează formarea și regenerarea globulelor roșii (hematii), prevenind anemia. Intensifică procesul
de creștere în greutate a copiilor, mărind pofta de mâncare. Menține funcționalitatea normală a

8sistemului nervos, scade iritabilitatea, îmbunătățește capacitatea de concentrare și memorare la copii,
cu păstrarea echilibrului psihic. Vitamina exercită o acțiune de detoxifiere a ficatului, bazată pe
capacitatea de activare a enzimelor tiolofore. Are și efecte lipotrofe, prin intensificarea biosintezei
colinei.
Vitamina C (acidul L-ascorbic, vitamina antiscorbutică) a fost descoperită de A. SZENT-
GYÖRGYI, în anul 1927, la nivelul cortexului glandelor suprarenale, iar biochimiștii americani KING
și WANGH (1932) au găsit vitamina C în sucul citricelor. Acidul ascorbic este obținut pe cale
industrială prin oxidarea substratului nutritiv cu ajutorul bacteriei Acetobacter suboxidans . D- glucoza
din substrat este transformată, prin reducere electrolitică, în D-sorbitol care se oxidează, pe cale
microbiană, în L-sorboză. Urmează tratarea cu acetonă și formarea complexului diacetonă- L- sorboză
care este oxidat în acid 2-cetogluconic și apoi transformat, prin fenolizare, în acid ascorbic.
Un alt procedeu de sinteză a vitaminei C are la bază oxidarea, pe cale bacteriană, a D- glucozei
în acid 5- ceto- D- gluconic, urmată de o altă oxidare a acidului L- idonic în acid 1,2- ceto- gulonic. În
aceste reacții intervin mai multe specii din genurile Acetobacter, Aerobacter și Pseudomonas .
Rolul fiziologic al vitaminei C este multilateral, cuprinzând majoritatea proceselor metabolice
esențiale care au loc la nivelul organismelor. Este implicată în procesele de biosinteză a ADN,
respectiv în biosinteza substanțelor proteice din țesuturile de creștere. Acidul ascorbic acționează ca
transportor de hidrogen la nivel intracelular. Vitamina C stimulează sistemul imunitar și mărește
rezistența organismului la bolile infecto-contagioase și față de substanțele cancerigene. Accelerează
vindecarea rănilor, regenerarea țesuturilor, a cartilagiilor și a oaselor. Facilitează absorbția fierului și
stimulează maturarea hematiilor.
Sucul de lămâie, proaspăt recoltat, servește la oprirea hemoragiilor scorbutice (scorbutul),
deoarece conținutul în acid ascorbic și bioflavonoide micșorează permeabilitatea și măresc rezistența
capilarelor sanguine.
Vitamina D (calciferol-vitamina antirahitică). Este constituită din substanțe care provin prin
iradierea microsterolilor (ergosterol, zimosterol, escosterol etc). Cel mai cunoscut este ergosterolul
care a fost izolat, prima dată, din Claviceps purpurea și ulterior din miceliile unor mucegaiuri ca
Penicillium, Fusarium și Aspergillus . La o cultură de Aspergillus fischerii , pe un mediu nutritiv cu
10% glucoză, se obține 1,1% ergosterol, în condițiile unui raport optim C/N de 20/ 4.
Pe cale biotehnologică, ergosterolul se obține prin culturi de drojdii sau micelii de Aspergillus
niger și Penicillium notatum . Urmează operația de transformare a ergosterolului în vitamina D prin
iradiere cu lămpi de mercur sau cu sârmă incadescentă de magneziu. Are rol esențial în fixarea
calciului și fosforului cu implicații directe în formarea sistemului osos și a dentiției, prevenind
rahitismul la copii, osteoporoza și cariile severe. Ajută la tratarea răcelilor și a conjuctivitelor.
Vitamina H (biotina) este sintetizată, pe cale microbiologică, în prezența unor microorganisme
ca: Phycomyces blakesleana, Torulopsis utilis, Hansenula anomala și Aspergillus niger . Se prezintă
sub trei forme: bios I (mezoinozitol), bios II- A (acid pantotenic) și bios II- B (biotina). Din mediu de
cultură, separarea se face prin filtrare și absorbție pe norit. Biotina este componentă a unor enzime
implicate în metabolismul proteic, lipidic și glucidic. Ameliorează durerile musculare după oboseală
excesivă și contribuie la menținerea integrității pielii. Împiedică încărunțirea părului și previne
alopecia (chelia).
Vitamina K (acidul para-aminobenzoic). Derivă din menadion, prin cultura algei Chlorella sau a
anumitor specii din genul Bacillus. În organismul uman contribuie la metabolismul fierului și la
formarea hematiilor, prevenind sângerările și hemoragiile interne prin coagularea rapidă a sângelui.
Vitamina PP (nicotinamida). Nu este realizată prin culturi de microorganisme ci este sintetizată
numai în plantele superioare. În schimb, niacina, o formă dezaminată a vitaminei PP, poate fi obținută
prin culturi de bacterii din genul Corynebacterium . Are rol în prevenirea pelagrei și a dermatitelor
severe, intensifică circulația sangvină, reduce tensiunea arterială și atenuează tulburările gastro-
intestinale, menținând starea de sănătate a aparatului digestiv, a creierului și a sistemului nervos. Este o
vitamină esențială în sinteza hormonilor sexuali (estrogeni, progesteron, testosteron), a cortizonului și
insulinei.
Provitamina A (carotenul). Este un pigment carotenoidic de natură terpenică, sintetizat din izo-
pentil- pirofosfat. Se găsește în anumite alge, în Mucoraceae și în mucegaiul Choanephora . Beta-
carotenul protejează mucoasa nazală, bucală, faringiană, laringiană, traheală și pulmonară, constituind
un bun remediu în tratamentul infecțiilor respiratorii și emfizemului pulmonar. Are rol profilactic în

9bolile maligne (cancer gastric și esofagian, cancer de prostată), transformând metaboliții cancerigeni în
substanțe mai solubile și mai puțin nocive. Vitamina A contribuie la profilaxia tulburărilor de vedere,
este un factor în menținerea sănătății pielii, părului, danturii și gingiilor. Totodată stimulează
activitatea sistemului imunitar și previne pigmentările cauzate de bolile ficatului sau de bătrânețe.
Tot prin culturi microbiene pot fi produse: vitamina B 6 (piridoxina), vitamina F (acidul folic) și
acidul lipoic , fără a prezenta o mare importanță pentru producția industrială și farmacologică.
Biosinteza multor vitamine pe cale biotehnologică poate fi realizată prin anumite intervenții
genetice (mutații) sau prin reglarea proceselor metabolice din celulele diferitelor microorganisme.

2.6. PRODUCEREA DE VACCINURI SI SUBSTANTE IMUNOGENE
Primul vaccin a fost obtinut de Louis Pasteur – a salvat un copil muscat de un caine turbat.
In trei ani, a tratat 5374 persoane (sub 1% mortalitate )
Ulterior s-au elaborat vaccinuri pentru diferite maladii:
– Hepatita B, rujeola, turbarea, poliomelita, holera, lepra, malaria, pseudopesta aviara,
pseudoturbarea, pesta porcina, leucemia felina etc.

10

3. Biotehnologiile în agricultura modernă

Intr-o lume în care creșterea populației este accelerată (se preconizează că până în anul 2050
populația globului va număra aproximativ 10 miliarde de locuitori), iar producția agricolă crește într-
un ritm mai lent este necesară găsirea unor soluții moderne prin care agricultura să asigure cantități
suficiente de hrană, cu o calitate corespunzătoare. Agricultura tradițională se confruntă în prezent cu o
serie de limitări extrem de serioase:
– limitări ce țin de piață: în condițiile globalizării, regulile unei piețe libere îngrădesc politicile
locale de prețuri, acestea fiind dictate de tendințele și politicile internaționale
– resursele naturale devin, din ce în ce mai mult, factori limitativi ai dezvoltării agriculturii
tradiționale datorită modificărilor climatice, a industrializării și urbanizării care determină
deteriorări ale solului, apei și a calității aerului.
– resursele biologice (genetice) sunt, în mod inevitabil, limitate. Astfel, deși considerată la început
foarte eficientă, obținerea și eliberarea în mediu a plantelor ameliorate prin metode tradiționale a
devenit extrem de înceată, nu fac față cerințelor, iar numărul de însușiri naturale care pot fi
îmbunătățite prin aceste metode este foarte mic.
Specialiștii consideră că pentru depășirea acestor probleme, pe lângă îmbunătățirea continuă a
practicii agricole, există două soluții: găsirea unor surse alternative de hrană (de exemplu, valorificarea
resurselor marine) sau ameliorarea plantelor prin metode biotehnologice (Altman, 1999).

Evoluția populatiei planetei (estimativ):
• Acum 240.000 ani – 10.000 locuitori
•4000 îHr. – 30 milioane
•1 dHr. – 210 milioane
•1900 1.650 milioane
•2008 6.70 md.
•2018 7,50 md.
•2050 10 md.

Evolutia populatiei modiale (02.10.2016, http://www.geohive.com/earth/population_now.aspx )

11

Cresterea populației pe continente până în 2020

South America 8%Africa 35%Asia 51%Former Soviet Union 0%
Europe 0%
North
America 5%
Benefits of biotechnology – More food .
Declinul cresterii productiei agricole
Developing countries World Developed countries0123Percentage per year1967–1982
1982–1994
1995–2020
Developing countries World Developed countries0123Percentage per year1967–1982
1982–1994
1995–2020

12

Consumul de calorii in lume (2001 -2003 )

13
4. Biotehnologiile în agricultura modernă
Prima revolutie verde, initiata dupa cel de al doilea razboi mondial de Norman Borlaug
pentru a incerca sa rezolve o parte din probleme grave ale nutriției omenirii pentru care a primit
Premiul Nobel pentru Pace. Cercetările au fost dezvoltate in Mexic si Filipine la g rau, orez, porumb,
sorg, mei etc.
A doua revoluție verde este considerata a fi reprezentata de Biotehnologiile moderne

4.1.Tendinte actuale in agricultura
Măsuri –diversificarea cultivarelor și a speciilor cultivate
–Introducerea biotehnologiilor (10% din necesarul de forța de muncă din agricultura este
utilizat pentru producerea aceleiași cantități de proteine)
–Fixarea azotului atmosferic
• Valorificarea solurilor sărăturoase
• Prevenirea efectelor toxice ale pesticidelor
(anual la cele 200 mii de produse chimice se adauga 1-2 mii noi, se înregistrează 1 mil
intoxicatii acute soldate cu 20 mii morți )
• Folosirea biotehnologiilor in ameliorarea plantelor
• Schimbarea treptată a tuturor modelelor de producție
• Promovarea conceptului de dezvoltare durabilă
• Modificarea legislației privitoare la OMG (ORGANISME MODIFICATE GENETIC)

4.2 Suprafete cultivate cu plante modificate genetice
Peste 90 si, respectiv 185 de milioane de hectare cu plante modificate genetic au fost
cultivate în anul 2005 si 2016, în întreaga lume. Potrivit raportului dat publicității de Internațional
Service of the Acquisition of Agribiotech Applications (ISAAA), suprafețele însămânțate cu plante
modificate genetic au crescut cu 11%, față de anul 2004. Creșterea din 2005 nu este atât de însemnată
precum cea înregistrată pe parcursul anului 2004 (20%), dar s-a previzionat că se va menține de-a
lungul întregului deceniu.
În 1996, anul introducerii acestor plante, doar șase țări le utilizau, iar suprafețele erau de
doar 1,7 milioane de hectare.
În 2005 șase țări au cultivat 98% din suprafața mondială de plante modificat genetic. Pe
primul loc se situează SUA, cu 48 milioane hectare, urmate de Argentina – 17 milioane hectare,
Canada – 6 milioane ha, Brazilia – 6 milioane ha, China – 4 milioane ha, Paraguay – 1,4 milioane ha.
Restul de 2% din suprafața estimată cultivată de 15 țări, printre care Mexic, Spania, Germania,
România, Africa de Sud. Estimările ISAAA sunt puternic contestate de organizațiile ecologiste,
contestații cu marea carență de a nu avea nici o probă practică. Aflate de câțiva ani în centrul unor
dezbateri contradictorii aprinse, organismele modificate genetic își continuă expansiunea fulminantă
preconizată de oamenii de știință. În mai puțin de 10 ani ele au înregistrat un ritm mediu de dezvoltare
realizat în agricultura tuturor timpurilor. Cantitativ acest ritm înregistrează o creștere anuală de peste
10 milioane hectare, iar analiștii anticipează o extindere a suprafețelor cultivate la orizontul anului
2020 la dimensiunea totală de 350 milioane hectare, adică de aproape trei ori mai mult cât reprezintă
suprafața cultivată a țărilor UE – 15. Reticența europenilor față de aceste plante pare a fi una falsă din
punct de vedere științific, singura explicație plauzibilă ținând de imposibilitatea acestora de a valorifica
eficient actuala abundență alimentară. Din acest punct de vedere, România este o țară europeană
atipică, dacă avem în vedere că ea este incapabilă, în momentul de față, să-și asigure securitatea
alimentară din resurse proprii.
Cea mai mare parte a suprafețelor cultivate cu varietăți modificate genetic este acoperită de
soia (60%). Valoarea pe piață a culturilor transgenice a atins, în 2005, 5,25 miliarde de dolari. Raportul
ISAAA remarcă faptul că agricultorii francezi și portughezi au reintrodus, în 2005, cultura de porumb
Bt, la care renunțaseră de 2 și respectiv 5 ani. Cehia a introdus pentru prima dată cultura de porumb Bt.
Până în 2005, culturile de porumb Bt au pătruns în cinci țări din Uniunea Europeană (Cehia, Franța,
Germania, Portugalia, Spania). Spania – țară membră a UE – cultivă, încă din anul 1998, porumb
modificat genetic pe suprafețe care în timp ar permite transformarea acestei țări în principalul furnizor
de semințe de porumb modificat genetic al Europei.

14 Din cele 21 de țări care cultivau varietăți modificate genetic în anul 2005, 13 o făceau pe
suprafețe care depășeau 50.000 de hectare. Potrivit ISAAA, țările în cauză erau: Africa de Sud,
Argentina, Australia, Brazilia, Canada, China, Filipine, India, Mexic, Paraguay, Spania, Statele Unite,
Uruguay.
În anul 2005, Brazilia este țara care a cunoscut cea mai importantă creștere de suprafețelor cultivate cu
organisme modificate genetic: culturile de soia transgenică au progresat cu 88%, ajungând să acopere
9,4 milioane de hectare, (40,3 mil ha in 2013). În India, suprafețele cultivate cu bumbac Bt (modificat
genetic) au crescut de la 500.000 de hectare, în 2004, la 1,3 milioane de hectare, în 2005 pana la 11 mil
ha in 2013.
Potrivit Institutului Service of the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA),
Iranul și China sunt țările cu potențialul cel mai mare în comercializarea de orez modificat genetic. 250
de milioane de agricultori din întreaga lume, cultivă orezul transgenic, care se constituie în aliment de
bază pentru 1,3 miliarde de persoane. International Service of the Acquisition of Agri-biotech
Applications (ISAAA), asociație sponsorizată, într-o anumită măsură, de industria biotehnologiilor, se
autocaracterizează ca fiind „un organism caritabil, fără a avea ca scop obținerea de profit, care lucrează
pentru înlăturarea sărăciei din țările în curs de dezvoltare”. Acest scop ar putea fi atins prin facilitarea
transferului de cunoștințe și prin „transferarea aplicațiilor” din domeniul geneticii vegetale.
In România, in 2006 s-au cultivat in jur de 100 de mii de hectare cu organisme
modificate genetic .
Ministerului Agriculturii a interzis a cultivarii de soia modificata genetic (Roundup Ready)
în România începând cu anul 2007, pe motivul că UE nu ar permite acest lucru.

Situatia suprafetelor cultivate si principalele specii utilizate in 2007

15
În 2016, existau 19 tări care cultivau PMG (din totalul de 28 in care acestea sunt admise)
pe mai mult de 50000 ha, in Romania, desi exista posibilitatea de a cultiva legal porumb Bt, suprafata
cultivata cu OMG a fost zero. Nici in 2017, nu s-au cultivat PMG in Romania.

Suprafete cultivate cu plante modificate genetic in lume 1996-2016

Evolutia principalelor specii cultivate (1996-2016)

16

Evolutia suprafetelor cultivate cu pricipalele modificari genetice (1996-2016)

Raportul dintre suprafetele cultivate cu plante transgenice din totalul cultivat 2016

17
Evoluția numărului de cultivatori (companii / fermieri) de porumb modificat genetic, între 2008
– 2014, în România:
2008: 58 cultivatori
2009: 51 cultivatori
2010: 21 cultivatori
2011: 16 cultivatori
2012: 12 cultivatori
2013: 2 cultivatori
2014: 5 cultivatori
2015: 1 cultivator (o stațiune de cercetare, nici un fermier).
2016: 0
2017: 0

Evoluția suprafețelor cultivate cu porumb modificat genetic MON810 între 2007 – 2014:
2007: 332,5 ha.
2008: 6130,44 ha.
2009: 3243,52 ha.
2010: 822,6 ha.
2011: 588,18 ha.
2012: 216,9 ha.
2013: 834,62 ha.
2014: 770,7 ha.
2015: 2,5 ha.
2016: 0 ha
2017: 0 ha

Dupa http://www.infomg.ro/web/ro/Situatia_in_Romania/

18
5. BAZELE MOLECULARE ALE INGINERIEI GENETICE
•Ereditatea: transmiterea caracterelor codificate de materialul genetic – ADN
–Celula la celulele fiice
–Individ la descendenti
•Genotip: totalitatea materialului genetic al unui organism
•Fenotip: totalitatea trasaturilor observabile ale unui organism, determinate de materialul genetic si de
mediul inconjurator
Dogma centrală a geneticii
ADN-ARN-proteine

5.1. Structura acizilor nucleici
• Compozitia chimica a ARN
– Baze azotate: adenina (A), guanina (G), citozina (C), uracilul (U)
– Riboza (monozaharid)
– Radicali fosfat
• Compozitia chimica a ADN
– Baze azotate: adenina (A), guanina (G), citozina (C), timina (T)
– Dezoxiriboza (derivat mai stabil al ribozei)
– Radicali fosfat

•Bazele purinice: A, G (dublu nucleu aromatic)
•Bazele pirimidinice: C, T, U (un singur nucleu hexagonal)

Structura nucleozidelor si a nucleotidelor
•Nucleozide = baze azotate + monozaharid (pentoza)
–Baze azotate + riboza (ribo-nucleozide)
–Baze azotate + dezoxiriboza (dezoxiribo-nucleozide)
•Nucleotide = nucleozide + fosfat
5.1.1 Hibridizarea bazelor azotate
• Nucleotidele formeaza intre ele legaturi de hidrogen
• Aceste legaturi se realizeaza intre bazele azotate, care se asociaza 2 cate 2 (hibridizare) astfel:
– A = T (ADN) sau A = U (ARN), C  G
• Legaturile se stabilesc intotdeauna intre o baza purinica si o baza pirimidinica
• Hibridizarea A = T este mai putin stabila (mai usor de disociat) decat hibridizarea C  G

CitoplasmaNucleuADN
CitoplasmaNucleuADN
CitoplasmaCitoplasmaNucleuNucleuADNADN
ARNARN
ProteinaProteinaReplicatieReplicatieReplicatie
TranscriereTranscriereTranscriere
Translatie.TranslatieTranslatieTranslatie.

19
5.1.2. Structura acidului dezoxiribonucleic (ADN)

• ADN este format din nucleotide (A, G, C, T), ale caror pentoze sunt dezoxiriboze. Legaturile dintre
nucleotide sunt de tip fosfodiester.
• Molecula ADN este formata din 2 lanturi polinucleotidice ale caror nucleotide sunt unite intre ele, 2
cate 2, prin legaturi de hidrogen, pe toata lungimea
– Bazele azotate sunt orientate spre interior
– Ribozele si resturile fosfat formeaza un schelet exterior
• Cele 2 lanturi sunt antiparalele: extremitatea 5’ a unui lant se hibridizeaza cu extremitatea 3’ a
celuilalt lant
• Secventele lor sunt complementare: pentru ca toate nucleotidele sa poata fi hibridizate, trebuie ca
ordinea legarii lor pe un lant (secventa) sa fie complementara cu cea a lantului opus
• Lanturile polinucleotidice sunt spiralate unul in jurul celuilat  dubla spirala (modelul J.D. Watson
si F.H.C. Crick, 1953)
• Cele doua lanturi unite prin legaturi de hidrogen pot fi disociate la cald: denaturarea ADN; refacerea
legaturilor: renaturarea (una din caracteristicile prin care se poate “amplifica” ADN).

• Replicarea: sinteza ADN identic cu materialul genetic al celulei, inainte de diviziunea mitotica 
dublarea cantitatii de ADN
• Replicarea este semiconservativa: fiecare lant este matrita pentru sinteza lantului complementar: 1
molecula ADN  2 molecule, fiecare avand un lant vechi si unul nou sintetizat

5.1.3 Comparație dintre ADN și ARN

20 5.2. Codul genetic si caracteristicile sale
Marshall Nirenberg a descifrat codul genetic in 1961, realizare pentru care a primit premiul Nobel.
Un codon reprezinta o secventa de trei baze azotate. Exista 64 codoni care codifica 20 aminoacizi
esentiali.

Caracteristicile codului genetic:
1. UNIVERSAL – in toate organismele aceeasi codoni codifica aceeasi aminoacizi.
2. NEACOPERIT / NESUPRAPUS – doi codoni vecini nu au nucleotide comune.
3. FARA VIRGULE – nu exista spatii libere intre nucleotide si nici alte semne de punctuatie.
4. DEGENERAT – un acelasi aminoacid poate fi codificat de mai multi codoni.
5. AMBIGUU – un anumit codon poate sa includa mai multe tipuri de aminoacizi intr-o proteina
in functie de pozitia lui in catena.

5.3. Expresia genica
Transcriptia si translatia genereaza expresia genica
Informatia genetica codificata in ADN unui embrion include toate genele necesare pentru a mentine si
dezvolta organismul.
Diferite tipuri de celule exprima diferite tipuri de gene.
Expresia genica diferita in timpul dezvoltarii stabileste rolul celulei in corp si are doua etape:
1. TRANSCRIPTIA – Prin intermediul ARN polimerazei se sintetizeaza o molecula de ARNm
(mesager) complementara.
2. TRANSLATIA – Procesul citirii ARM mesager si transformarea informatiei in proteine

TranscriptieTranscriptie
Codon Codon Codon
TranslatieCodon Codon CodonCodon Codon Codon
TranslatieTranslatieADN
T T C A G T C A GADN ADN
T T C A G T C A GADN
T T C A G T C A GADN
ARNmA A G U C A G U CARN
Mesenger
ARNmA A G U C A G U CARN
MesengerA A G U C A G U CARN
Mesenger
Proteine Lizina Serina ValinaPolipeptide
(amino acid
sequence)Proteine Lizina Serina ValinaPolipeptide
(amino acid
sequence)Lizina Serina ValinaPolipeptide
(amino acid
sequence)

21
55..44..SSttrruuccttuurraa ggeenneelloorr llaa eeuuccaarriioottee
CCaarraacctteerriissttiicciillee cceelluulleelloorr eeuuccaarriioottee::
CCeelluulleellee aauu uunn nnuucclleeuu pprrootteejjaatt ddee oo mmeemmbbrraannaa dduubbllaa
AADDNN eessttee ccoommpplleexxaatt ddee ""hhiissttoonnee,,"" ssii eessttee oorrggaanniizzaatt iinn ccrroommoozzoommii
CCoonnttiinn uunn nnuummaarr ffiixx ddee ccrroommoozzoommii iinn nnuucclleeuu
AADDNN eessttee lliinneeaarr
•Gena: secventa de nucleotide care contine informatia necesara sintezei unei proteine sau a unei
molecule de ARN
•Alcatuirea unei gene
1. promotorul (Elemente reglatoare) secventa situata inaintea genei, leaga ARN polimeraza si
determina locul de unde incepe transcrierea
2. Secventa codificatoare (informationala) formata dintr-o succesiune de exoni (secvente transcrise,
pastrate in ARNm si traduse sau exprimate in proteine) si introni (secvente eliminate, absente din
ARNm)
3. Secventa terminala (terminator)- O secventa semnal (AAUAAA) pentru terminarea transcrierii la
sfarsitul ultimului exon

6. INGINERIA GENETICĂ, ETAPELE TRANSGENEZEI

Ingineria genetica poate fi definita ca un ansamblu de metode si tehnici care permit fie
introducerea in patrimoniul genetic al unei celule a uneia sau mai multor gene noi, “de interes”, fie
modificarea expresiei unei/unor gene prezente, deja, in celula. Genele transferate sunt denumite
“transgene” sau gene de interes. Ingineria genetica mai este numita, uneori, si “modificare genetica”,
“transformare genetica” sau “transgeneza”, iar produsele obtinute poarta numele de “organisme
modificate genetic” (OMG) sau “organisme transgenice” (Badea, 2000).

In Germania, definitia data organismelor modificate genetic este urmatoarea:
OMG sunt organisme al caror material genetic a fost modificat intr-un mod care nu exista in
natura in conditii naturale sau de recombinare naturala. Organismul modificat genetic trebuie sa fie o
unitate capabila de autoreplicare sau transmitere a materialului genetic.
In Statele Unite, termenul de organism modificat genetic se refera la plante si la animale care
contin gene transferate de la alte specii, pentru a obtine anumite caractere, precum rezistenta la
anumite pesticide si erbicide .
In Romania (conform OG nr. 49/2000), organismul modificat generic este un organism care
contine o combinatie noua de material genetic, obtinut prin tehnicile biotehnologiilor moderne care ii
confera noi caracteristici .

6.1. Autoritati in domeniul biotehnologiei
In SUA, obtinerea prin biotehnologii si utilizarea organismelor modificate genetic se afla sub
controlul strict al US Food and Drug Administration (USFDA).
In Europa, pe baza modelului USFDA, a fost stabilit un cadru de lucru pentru regimul de
siguranta al alimentelor in Europa. Legea pentru infiintarea autoritatii in domeniu, European Food
Authority (EFA), a fost aprobata de catre Ministerele Consiliului si Parlamentului European

Secventa codificatoare INTRON poly A
signal PROMOTOR

22
SARCINILE EFA – EFA are 6 sarcini principale:
• Furnizeaza opinii stiintifice independente (pentru aspectele de siguranta alimentara,
nutritie, sanatate/bunastare a animalelor, sanatatea plantelor, organisme modificate genetic) la
cererea Comisiei, Parlamentului European (PE), Statelor Membre sau organismelor nationale
pentru alimentatie in scopul acordarii suportului pentru managementul riscului;
• Furnizeaza opinii asupra aspectelor de tehnologie alimentara pentru a sprijini
dezvoltarea reglementarilor si legislatiei problemelor de siguranta in fluxul alimentar;
• Colecteaza si analizeaza datele asupra modelelor dietetice, expune articole din
programele monitorizate si orice alte date relevante pentru orice risc potential in vederea
monitorizarii sigurantei de-a lungul lantului alimentar in UE;
• Identificarea si avertizarea timpurie a riscurilor potentiale;
• Functionarea unui sistem de alertare rapid care acopera atat alimentele, cat si furajele;
• Comunica publicului general toate sarcinile care i-au fost alocate

ROMANIA este prima tara din Balcani care a stabilit legea organismelor modificate genetic.
Ordonanta Guvernului nr. 49/2000 a stabilit infiintarea Comisiei Nationale pentru Securitate
Biologica (CNSB) , care a fost abilitata sa puna in aplicare dispozitiile legislatiei nationale si
internationale referitoare la regimul activitatilor care implica utilizarea organismelor modificate
genetic prin tehnicile biotehnologiei moderne, numai dupa avizarea scrisa, emisa de Punctul Focal
National.

Organismele implicate în reglementare în
România (Legea 214/2002) Atribuții
Ministerul Mediului și Gospodăririi Apelor
(autoritatea națională competentă). Emite autorizații/acorduri, controlează, informează
și consultă publicul, solicită avize celorlalte
autorități.
Comisia Națională pentru Securitate Biologică
(autoritate științifică) Emite o concluzie științifică
Avizează
Ministerul Agriculturii, Pădurilor și Dezvoltării
Rurale Avizează și controlează
Ministerul Sănătății Avizează și controlează
Agenția Națională pentru Protecția
Consumatorilor Avizează și controlează

COMISIA NAȚIONALĂ PENTRU SECURITATE BIOLOGICĂ are drept obiect de activitate:
punerea în aplicare a dispozițiilor legislative naționale în domeniu și a actelor juridice
internaționale la care România este parte;
să organizeze și să realizeze măsurile prevăzute de legislație în domeniu;
să exercite controlul privind regimul OMG –prin tehnicile biotehnologiilor moderne și ale
produselor rezultate din acestea.
Comisia se organizează, funcționează ca un organism interdepartamental și este compusă dintr-un
număr de 19 membri.

23

6.2. Avantajele transgenezei
Comparativ cu metodele clasice de ameliorare, transformarea prin ingineria genetica prezinta,
cel putin,doua avantaje:
– ofera posibilitatea introducerii unui singur caracter la o varietate, deja evaluata ca
performanta;
– gena transferata poate proveni din orice sursa, ceea ce extinde, practic, in mod
nelimitat, posibilitatile de ameliorare.

Gena doritaAmeliorarea traditionala
Donor Cultivar Cultivar nou
Gena doritaX =
(hibridare)(mai multe gene sunt transferate)Ameliorarea traditionala
Donor Cultivar Cultivar nou
Gena doritaX =
(hibridare)(mai multe gene sunt transferate)
Biotehnologii
Gena dorita Cultivar comercial Cultivar nou
(transfer)=
Gena de interes(numai gena de interes )Biotehnologii
Gena dorita Cultivar comercial Cultivar nou
(transfer)=
Gena de interes(numai gena de interes )

24

6.3. Elementele necesare pentru modificarea genetica a plantelor:
– “gene de interes”;
– metode care sa permita patrunderea si integrarea transgenelor in nucleul celulei care va
fi la originea unei noi plante;
– – selectia plantelor in care transgena se exprima la un nivel adecvat scopului urmarit
(toleranta la erbicid, rezistenta la atacul unui daunator etc.).

6.4. Transgeneza presupune parcurgerea a trei etape:
– identificarea, izolarea si clonarea “genelor de interes”;
– transferul “genelor de interes” la plantele de cultura ;
– selectia plantelor care exprima, la un nivel optim, caracterul transferat si testarea
acestora in camp pentru evaluarea stabilitatii expresiei transgenei in timp, in conditii
naturale.

6.4.1. Identificarea, izolarea si clonarea “genelor de interes”
Pentru obtinerea enzimelor de restrictie (substante de natura proteica ce pot sectiona
fragmentul de ADN in zone specifice):
– Peste 10.000 de specii de bacterii au fost evaluate
– Peste 2500 de enzime au fost identificate
– Peste 250 de secvente specifice

Exemple de enzime de restricție și secvențele recunoscute de acestea

25 Identificarea și izolarea genelor se face cu ajutorul enzimelor de restricție

Clonarea genelor de interes
1. Vectorul de clonare (de obicei un plasmid) este secționat cu ajutorul enzimelor de restricție.
2. Fragmentul de ADN de interes este detașat din cromozom cu ajutorul aceleiași enzime de
restricție.
3. Fragmentele rezultate sunt atașate vectorului de clonare cu ajutorul ligazelor rezultând un vector
recombinant.

4. Vectorul recombinant este introdus (de exemplu prin metoda biolistică) în celula gazdă

26 (de regulă o bacterie).

5. Bacteria împreună cu vectorul recombinant se înmulțește (se clonează) producând multe
copii de ADN recombinant.

6. ADN recombinant se extrage si se purifică.

27 Obtinerea unui construct

Secventa codificatoare INTRON poly A signal PROMOTOR Secventa codificatoare INTRON poly A signal PROMOTORConstructia unei transgene
Gena de interes
Gene bacteriene
•antibiotic marker
•replication originGene bacteriene
•antibiotic marker
•replication originGena marker pentru
selectia plantei
Plasmid ADN
ConstructGena marker pentru
selectia plantei
Plasmid ADN
Construct“intrerupator” Sinteza proteinei Semnal stop

6.4.2. Metode de transfer al “genelor de interes” la plantele de cultura;

Principalele metode utilizate pentru transferul genelor de interes:

METODE INDIRECTE – TRANSFORMAREA MEDIATA
1. Transformarea mediata de bacterii
Agrobacterium tumefaciens
Agrobacterium rhizogenes
2. Transformarea mediata de virusuri
METODE DIRECTE
1. Metoda “biolistics” – împușcarea directă a ADN în celule
2.Transformarea protoplastelor
a. Microinjectarea
b. Electroporarea
c. Sonicarea3. Electroforeza4. Utilizarea fibrelor de carbură de siliciu

6.4.2.1. TRANSFORMAREA MEDIATĂ DE AGROBACTERIUM
Bacteriile din sol, Agrobacterium tumefaciens și Agrobacterium rhizogenes realizează ceea ce
adeseori s-a numit “inginerie genetică naturală”. Aceaste bacterii sunt capabile să transfere în țesutul
vegetal lezat, un fragment de ADN propriu, ADN-T, de pe plasmida Ti (“tumor inducing”) – în cazul
speciei A. tumefaciens – sau Ri (“root inducing”) – în cazul speciei A. rhizogenes , care se integrează în
genomul plantei. Ca urmare bacteria A. tumefaciens induce formarea de tumori la nivelul coletului
(“crown gall disease”) iar A. rhizogenes formarea de rădăcini firoase (“hairy roots”). In decursul
coevoluției plantă – microorganism aceste bacterii au devenit capabile să transforme plantele pentru a
le exploata mai bine ca și surse de energie. ADN –T se transmite după legile Mendeliene, ca genă
dominantă. Există date care confirmă faptul că o astfel de transformare genetică are loc în natură fără
intervenția omului.
Astfel, s-a demonstrat că plasmida Ri poate purta una sau două copii de ADN-T, iar o parte
din una dintre aceste secvențe a fost regăsită în genomul unor plante nemodificate genetic. Celulele
vegetale care poartă ADN-T devin celule tumorale, deoarece acest fragment de ADN conține gene cu
efect oncogen. Deleția acestor gene din ADN-T nu interferă, din fericire, cu transferul și integrarea
ADN-T în genomul celulei vegetale receptoare. Doar capetele ADN-T, așa numitele latură dreaptă și
stângă constănd din o secvență alcătuită din 24 de nucleotide care se repetă, reprezintă situri de

28 recunoaștere pentru sistemul de transfer. Prin înlocuirea oncogenelor din ADN-T cu gene de interes
este posibil transferul acestora în celule vegetale țintă, celule care nu mai dobândesc caracter tumoral
și deci pot regenera plante transformate genetic. Genele de interes – fie ele gene marker sau raportoare
sau gene cu importanță economică – pot fi introduse în plante fie prin linkage (legare) cu regiunea
ADN-T dezarmată prin recombinare, obținându-se un așa numit vector de integrare, fie prin clonarea
lor între secvențele repetate laterale într-un replicon independent, ceea ce se numește vector binar.
Existența mai multor regiuni T în celula de Agrobacterium conduce la cotransferul acestora în celula
vegetală țintă cu eficiență crescută. Pe de altă parte pentru integrarea ADN-T în celula vegetală se pot
utiliza secvențe omoloage ADN vegetal țintă care induc, cu frecvență relativ scăzută, recombinarea
omologă între ADN-T și ADN vegetal.
A. tumefaciens poate transfera ADN-T diferitelor specii de plante chiar dacă unele dintre
acestea nu formează tumori. Deși spectrul de gazde pentru această bacteriei este limitat la plantele
dicotiledonate s-au obținut tulpini supervirulente, capabile să infecteze eficient și celulele plantelor
monocotiledonate. S-a deschis, astfel, calea transformării cerealelor și prin intermediul acestui vector
bacterian. Eficiența transformării celulei vegetale de către A. tumefaciens , variază destul de mult în
funcție de specie, genotip sau chiar de țesutul țintă. Este foarte important, totodată, ca țesutul supus
transformării să fie totipotent (omnipotent) și deci să regenereze plante transformate genetic. De cele
mai multe ori, însă, dintr-un țesut doar un număr limitat de celule sunt totipotente și nu întodeauna
acestea sunt și cele transformate de Agrobacterium . Pentru diferite specii de plante s-au identificat
metode potrivite pentru transformarea eficientă mediată de A. tumefaciens . Ca țesuturi țintă pot fi
utilizate: discuri sau fragmente foliare, fragmente de rădăcini, hipocotile, pețiol, cotiledoane sau
semințe întregi. Primele plante transformate prin intermediul lui A. tumefaciens au fost regenerate în
1983, succesele inițiale limitându-se la solanacee, în particular la sistemul model tutunul ( Nicotiana
tabacum L.). Ulterior au fost transformate: soia, bumbacul, orezul, ovăzul, sorgul, trestia de zahăr,
grâul și multe altele. Eficiența transformării variază foarte mult de la o specie la alta în funcție de:
identificarea metodei optime de cultură a țesutului țintă, condițiile de cultură a materialului sursă, sau
sușa bacteriană utilizată. Acești factori afectează și numărul de copii de ADN-T care se integrează în
genomul vegetal receptor. Predominant s-a constatat, la diferite specii de plante, integrarea unei
singure copii de ADN-T. Mai recent, cercetările au vizat descifrarea mecanismelor implicate în
colonizarea țesuturilor vegetale de către bacterii, relevându-se noi detalii privind controlul genetic al
virulenței bacteriene .
Agrobacterium rhizogenes a fost utilizat pentru prima oară pentru transformarea plantelor de
tutun în anul 1977. Această bacterie transferând ADN-T de pe plamida Ri determină formarea
rădăcinilor firoase pe diferite organe ale plantelor, rădăcini care pot purta gene de interes, dacă acestea
au fost integrate în ADN-T, respectiv pot regenera plante transformate genetic. O etapă intermediară,
în procesul de transformare mediată de A. rhizogenes , este cultura rădăcinilor firoase care au
capacitatea de a se alungi și ramifica. Astfel, prin cultura rădăcinilor firoase se pot obține metaboliți
secundari sau pot fi realizate studii fundamentale privind creșterea și dezvoltarea rădăcinilor. Acest
sistem experimental este foarte potrivit și pentru analize biochimice, rădăcinile prezentând căi
biochimice mai simple și, deci, mai ușor de analizat. Rădăcinile firoase pot fi cultivate ușor, folosind
un echipament simplu și ieftin iar, comparativ cu suspensiile celulare, celulele radiculare sunt stabile
din punct de vedere genetic. Asemănător sistemului A. tumefaciens , bacteria A. rhizogenes poate co-
tranfera ADN-T de pe plasmida Ri și un vector “binar”, de obicei o plasmidă mai mică. Aceasta din
urmă poate purta în ADN-T o genă marker, de exemplu o genă care conferă rezistență la un antibiotic,
o genă raportoare – sau marker pentru vizualizare fenotipică și o genă cu importanță economică.
Avantajul acestui sistem este acela că cele două tipuri de ADN-T, cel care determină dezvoltarea
rădăcinilor firoase, și ADN-T de pe vectorul binar, se integrează de obicei pe cromozomi diferiți în
plantele transformate și deci, vor segrega independent în descendență. Un avantaj aparte al sistemului
de transformare Ri este faptul că toate celulele vegetale care integrează ADN-T de pe plasmida Ri pot
fi ușor identificate și selectate prin prezența fenotipului de rădăcină firoasă. Sistemul de transformare
mediată de A. rhizogenes a fost aplicat unui mare număr de specii de plante (în jur de 200 încă în
1989), dar asemănător sistemului A. tumefaciens răspunsul optim variază în funcție de specie, genotip
sau sușa bacteriană. Organele vegetale potrivite pentru transformarea cu A. rhizogenes sunt: fragmente
de tulpină de la plante tinere, fragmente de pețiol, fragmente foliare, segmente de hipocotile sau
cotiledoane, sau fragmente ale unor organe de rezervă cum ar fi rădăcinile de morcov sau tuberculii de

29 cartof. Uneori astfel de explante prezintă un răspuns polar, formând rădăcini firoase numai la una din
extremele explantului, rădăcini capabile să ignore forța gravitațională. Mai mult, există date
experimentale care sugerează efectul de piticire a plantelor indus de una dintre genele de virulență,
rolA, de la A. rhizogenes , efect cu importanță practică mai ales pentru unele plante horticole

6.4.2.2. TRANSFORMAREA MEDIATĂ DE VIRUSURI
Utilizarea vectorilor virali pentru transformarea plantelor, în ciuda numeroaselor eforturi
experimentale, nu a adus rezultate spectaculoase. Deși, în 1984 a fost posibil transferul unei gene de
rezistența la antibiotic cu ajutorul unui virus ADN cercetările ulterioare au demonstrat că genomul
viral nu poate accepta și transfera fragmente mai lungi de ADN străin. Descoperirea faptului că
virusurile ARN pot genera ADN prin transcripție inversă a generat speranța că, mult mai numeroasele
virusuri ARN ar putea fi utilizate ca vectori de gene pentru celula vegetală. Din păcate, însă, s-au
întâmpinat alte dificultăți. ADN viral nu se integrează în genomul vegetal iar meristemele, principala
sursă de celule totipotente, nu sunt infectate de virusuri. De aceea, vectorii virali sunt mai rar utilizați
în experimentele de transformare genetică a plantelor.
Metoda discurilor pentru transformarea mediata de Agrobacterium
Photographs by Dr. Paul BottinoPregatirea discurilor Co-cultivarea cu Agrobacterium Selectia transformantilor
Regenerarea Aclimatizarea in sera

30
METODE DIRECTE

6.4.2.3. METODA “BIOLISTICS ” – împușcarea directă a ADN în celule
Metoda biolistică (“biolistics”) sau “particle gun”, de împușcare directă a ADN în țesuturi
țintă este o metodă de transformare genetică a plantelor foarte rapida.
Metoda constă în accelerarea unor particule foarte mici (1μm diametru) din tungsten, wolfram
sau aur coloidal, pe care a fost precipitat ADN, în țesuturi vegetale țintă. Această tehnică are
numeroase avantaje care o recomandă pentru aplicabilitate generală: este o metodă ușor de aplicat ,
printr-o împușcătură pot fi țintite mai multe celule , celulele supraviețuiesc după împușcare,
genele purtate de particule își păstrează activitatea biologică, particulele pot fi împușcate în
straturile superficiale sau în profunzimea unui organ vegetal . Celulele țintă pot fi foarte diferite:
polen, celule în suspensie, embrioni imaturi, celule din țesuturi diferențiate sau chiar meristeme.
Datorită avantajelor sale biolistica a devenit metoda favorită în numeroase laboratoare, permițând
transformarea cu succes a unor plante pentru care alte metode nu au dat rezultate cum ar fi: soia,
porumbul, ovăzul, orezul, sorgul, trestia de zahăr, grâul, plante forestiere etc. O aplicație aparte a fost
utilizarea împușcării de microproiectile pentru rănirea apexurilor (vârfurilor de crestere) la floarea
soarelui, eficientizând astfel transformarea mediată de Agrobacterium tumefaciens . Mai mult, s-a reușit
împușcarea directă în țesuturi vegetale a celulelor bacteriene întregi
BioRad Particle Gun
Helios Gene Gun

31

6.4.2.4. Utilizarea protoplastelor (protoplaștilor) pentru transferul direct de ADN
Dintre sistemele de transformare, transformarea utilizând protoplaste este una dintre metodele
de finețe. Protoplastele sunt izolate fiecare printr-un proces mecanic sau enzimatic prin îndepărtarea
peretelui celular. Protoplastele sunt frecvent obținute dintr-o suspensie de linii celulare, de la calus
obținut din embrioni imaturi, inflorescențe imature, mezocotil, frunze imature bazale și antere.

Protoplastele, celulele vegetale lipsite de perete celular, reprezintă limita de expresie a
totipotențialității. De la primele plante de tutun regenerate din protoplaste izolate până astăzi numărul
plantelor pentru care regenerarea din protoplaste a devenit posibilă a crescut permanent, ajungând
actualmente la aproximativ 400 de specii de plante.
Protoplastele sunt sistemele celulare ideale pentru transferul de ADN și selecția
transformanților. Indepărtarea peretelui celular elimină principala barieră în calea pătrunderii ADN
străin în celula vegetală. Izolarea enzimatică a protoplastelor acționează ca un factor de stress care
induce reacții de răspuns la rănire – reacții presupuse a declanșa starea de competență , importantă
pentru transformarea eficientă. Suspensia de protoplaste se aseamănă cu o suspensie bacteriană avand
avantaje similare prin posibilitatea de a cultiva populații mari de celule individuale în medii de cultură
bine definite. Tesuturile derivate din protoplaste au în general origine clonală provenind din celule
individuale. Eficiența selecției transformanților este maximă în cazul protoplastelor deoarece se evită
formarea de himere, destul de frecvente la nivelul sistemelor multicelulare.
Pentru transferul ADN, de obicei plasmidial, în protoplastele izolate se pot utiliza diferite
metode, și anume:
a. Microinjectarea – constă în introducerea cu ajutorul unei micropipete a ADN direct în
protoplaste, acestea fiind fixate cu o altă micropipetă. Microinjectarea celulei vegetale întregi sau a
țesuturilor este posibilă, dar se realizează mai greu din punct de vedere tehnic. Un sistem eficient a fost
utilizat mai recent și constă în imobilizarea protoplastelor recipiente de tutun într-un strat foarte subțire
de mediu solidificat cu agaroză sau alginat. Protoplastele au fost imobilizate deasupra unei grile care a
permis localizarea și monitorizarea prin fotografiere a protoplastelor microinjectate, respectiv a
celulelor sau calusurilor derivate din acestea.

b. Electroporarea – implică permeabilizarea reversibilă a membranei plasmatice în prezența
unor pulsuri de curent continuu având amplitudine crescută și durată foarte scurtă, porii formați în
membrană permițând intrarea ADN străin în citoplasmă . Electroporarea a devenit o metodă de rutină
pentru transformarea protoplastelor vegetale, dar și pentru celulele de mamifere sau bacteriene. La
plante, electroporarea protoplastelor se folosește eficient pentru transformarea permanentă la
numeroase specii de plante incluzând cerealele. Mai mult, prin electroporarea protoplastelor se elimină
necesitatea utilizării unor gene marker, ceea ce reprezintă un avantaj deosebit în condițiile oponenței
acerbe a opiniei publice fată de eliberarea în câmp a unor plante purtând gene marker. Avantajele
electroporării constau în eficiența crescută a incorporării ADN străin, reproductibilitatea și simplitatea
acestei metode. Singura limitare a aplicării electroporării o reprezintă capacitatea de regenerare a
protoplastelor, dar și acest dezavantaj a fost depășit prin extinderea aplicării electroporării celulelor sau
chiar țesuturilor întregi

c. Sonicarea – permeabilizarea membranei protoplastelor în prezența ultrasunetelor s-a
dovedit, de asemenea o metodă eficientă pentru transferul ADN în protoplaste vegetale. Ulterior
metoda a fost aplicată și celulelor sau țesuturilor întregi, dar este utilizată pe scară mai redusă
comparativ cu electroporarea

32

6.4.2.5. ALTE METODE DE TRANSFER DIRECT AL ADN ÎN CELULELE VEGETALE
Electroforeza Migrarea ADN printr-un țesut vegetal țintă a fost o altă idee interesantă pentru
transferul de gene și a fost aplicată pentru prima oară embrionilor de orz.
Principalul avantaj al metodei consta in posibilitatea de a realiza plante modificate genetic fara
parcurgerea fazei de cultura “in vitro”

Utilizarea fibrelor de carbură de siliciu („silicon carbide technology“)
Fibrele de carbură de siliciu se utilizează în industrie. Transformarea genetică prin această
tehnologie este relativ simplă, constând în vortexarea (agitarea) țesuturilor împreună cu ADN și fibre
de carbură de siliciu. Astfel, fibrele penetrează pereții celulari permițând ADN să pătrundă în
citoplasmă. Metoda a fost aplicată inițial transformării embrionilor de insecte, iar ulterior s-a dovedit
eficientă și în transformarea celulelor vegetale. Cercetările de microscopie electronică au relevat
penetrarea peretelui celular de către astfel de fibre, sugerând că ADN aderă de suprafața fibrelor și este
introdus odată cu acestea în celulă. Având proprietăți fizice asemănătoare azbestului fibrele de carbură
de siliciu sunt probabil carcinogene. Transformarea genetică a fost raportată folosind această
tehnologie pentru suspensii celulare de porumb, ovăz, tutun și Agrostis alba . Transformarea stabilă a
fost, de asemenea posibilă folosind suspensii celulare de porumb și tutun. Datele obținute au indicat
transformarea preponderentă a aglomeratelor celulare neembriogene la porumb, de aceea se impun
cercetări ulterioare pentru optimizarea acestei metode. Metoda prezintă avantajul de a fi foarte simplă
și ieftină, dar datorită riscurilor potențiale pentru sănătatea umană se caută materiale alternative,
eventual biodegradabile .

Alte metode cu aplicabilitate restrânsă de transformare a celulei vegetale sunt: îmbibarea
ADN în țesuturi utilizând semințe uscate sau embrioni, transformarea polenului sau a tubului polinic,
macroinjectarea ADN în țesuturi sau utilizarea microlaserului pentru a perfora peretele celular și
plasmalema. Astfel de metode se află, actualmente, în diferite faze de experimentare. De un interes
deosebit, se vor bucura metodele alternative care nu necesită faze de cultură in vitro. O astfel de
metodă, cu potențial deosebit este transformarea grăuncioarelor de polen, dar deocamdată rezultatele în
acest domeniu sunt relativ modeste

33

6.5. SELECȚIA TRANSFORMANȚILOR

Selecția este o parte importanță a proceselor de transformare. În general, genele de interes sunt
co-integrate cu markeri selectabili pentru identificarea cu ușurință a celulelor recipiente transformate.

Markerii de selecție cei mai utilizați conferă rezistență la agenți chimici, cum ar fi antibiotice
și erbicide.
Genele de selecție pot fi utilizate într-o primă generație și eliminate mai târziu prin încrucișare
convențională. O posibilitate este de a obține două ADN-T separate; una cu gene de interes și alta cu
markeri de selecție, în aceeași sau două celule diferite de Agrobacterium. Cele două ADN-T sunt
inserate în situsuri ne-link-ate în genomul plantei gazdă, permițând mai târziu segregarea genetică.
Transformarea optimă se caracterizează printr-o singură copie a transgenei care va segrega
mendelian cu o expresie uniformă de la o generație la alta. Transformanții ideali pot fi identificați cu
dificultate, depinzând de materialul vegetal care va fi transformat și de cantitatea și complexitatea
transgenelor. O genă inserată este esențial randomizată în genom, se observă o variabilitate de la o
plantă transgenică la alta, fenomen cunoscut sub numele de „variație cu efect de poziție.

Dintre genele marker cel mai mult a fost utilizată gena nptII, sau neo, genă izolată din
transpozonul Tn5 de la Escherichia coli K12. Această genă codifică neomicinfosfotransferaza –
enzima implicată în detoxificarea unor antibiotice aminoglucozidice cum ar fi:neomicina, kanamicina,
paramomicina sau geneticina. Numeroase specii de plante au fost transformate cu gena nptII, cum ar fi
tutunul, cartoful, Arabidopsis , porumbul, orezul, soia, bumbacul – ca să le amintim pe cele mai
importante. Pentru această genă ca agenți de selecție se utilizează cel mai mult kanamicina (50 – 100
mg/l) sau geneticina. Unele specii de plante, mai ales monocotiledonate s-au dovedit insensibile la
kanamicină, în acest caz geneticina dând rezultate mai bune. De asemenea, s-a observat că la unele
specii kanamicina poate interfera cu procesele de organogeneză, afectând eficiența regenerării
plantelor transformate.
O altă genă marker mult utilizată este gena hpt sau hph, genă izolată tot de la bacteria E. coli
codificând enzima HPT (higromicinfosfotransferaza). Această enzimă detoxifică antibioticul
higromicină B, antibiotic față de care majoritatea țesuturilor vegetale sunt foarte sensibile. De aceea,
această genă marker a fost utilizată pentru transformarea multor specii de plante, cum ar fi: tutunul,
Arabidopsis , porumbul, orezul sau gramineele perene. Higromicina este îndeosebi foarte potrivită ca
agent de selecție pentru cereale, folosindu-se în concentrații de 25-200 mg/l. Secvența codantă a genei
a fost, de asemenea, modificată pentru o expresie mai bună în celula vegtală.Dintre genele care conferă
rezistență la erbicide cel mai mult a fost utilizată gena bar, izolată de la bacteria Streptomyces
hygroscopicu s și gena pat de la S. viridochromogenes, ambele codificând enzima
fosfinotricinacetiltransferaza. Fosfinotricina este compusul activ cel mai mult utilizat ca erbicid de
selecție a plantelor transformate genetic, genele amintite fiind transferate cu succes la plante ca:
tutunul, rapița, porumbul, orezul, grâul și altele. O altă genă marker este gena dhfr pentru enzima
dihidrofolatreductază (DHFR), izolată tot de la E. coli de pe plasmida R67. Enzima DHFR conferă
rezistența la un analog al acidului folic, metotrexat, celulele vegetale fiind extrem de sensibile la
concentrații mici ale acestui compus. Gena dhfr a fost transferată la specii cum ar fi: tutunul, petunia și
grâul.

Genele raportoare , spre deosebire de markerii de selecție, nu conferă celulelor rezistență
față de un anumit compus. Ele codifică proteine care pot fi detectate direct sau catalizează reacții
specifice ai căror produși pot fi detectați prin metode relativ simple. Genele raportoare permit studiul
factorilor de transcripție cis sau trans, în condițiile transformării tranziente sau permanente, precum și
monitorizarea și optimizarea tehnologiei de transformare. Cele mai importante gene raportoare sunt:
gena gus (uidA) – codifică β-glucuronidaza (GUS) și a fost izolată de la E. coli K12
(Jefferson și colab., 1986); este gena raportoare cel mai mult utilizată la plante. Există pentru această

34 hidrolază compuși substat pentru evidențierea prin metode spectrofotometrice, fluorimetrice sau
histochimice – la nivelul țesuturilor rezultând un compus de culoare albastră ușor de evidențiat. La pH-
ul utilizat pentru determinarea GUS nu există activitate β-glucuronidazică detectabilă în nici un țesut
vegetal. Toate metodele de determinare se aplică însă, numai celulelor fixate, nonviabile. gena
raportoare luc pentru enzima luciferază folosește un sistem substrat-enzimă care produce
bioluminescență. Gena luc a fost izolată de la o specie de licurici din America de Nord, Photinus
pyralis, fiind exprimată în plante. Produsul genei, luciferaza poate fi extrasă din țesuturi iar activitatea
ei poate fi determinată în prezența luciferinei. Dar, există și o metodă de determinare non-letală și
neinvazivă direct în țesuturile și organele plantelor transformate, pentru măsurarea bioluminescenței
fiind necesar un luminometru.
gena gfp pentru proteina cu fluorescență verde (GFP) – reprezintă cea mei nouă genă
raportoare și totodată cea mai spectaculoasă și avantajoasă. Gena a fost izolată de la o meduză,
Aequarea victoria , fiind transferată la câteva specii de plante. GFP prezintă o serie de avantaje și
anume: nu necesită un substrat, proteina se evidențiază în țesuturi intacte in vitro și in vivo, prin
excitarea în UV, proteina poate fi fuzionată cu alte proteine permițând monitorizarea traficului proteic
și a metabolismului. gena cat izolată de la E. coli, codifică enzima cloramfenicolacetiltransferaza
(CAT), fiind, de asemenea, mult utilizată ca genă raportoare la plante. Determinarea sa este mai
pretențioasă bazându-se pe monitorizarea acetilării cloramfenicolului prin marcarea cu 14C fie a acetil-
CoA, fie a cloramfenicolului, produșii fiind separați prin cromatografie în strat subțire (TLC) și
măsurați prin densitometrie sau prin scintilație. Uneori poate exista activitate CAT și în unele țesuturi
vegetale, mai ales la Brassicaceae , ceea ce afectează eficiența acestui sistem.
Antocianii sunt pigmenți roșii sau purpurii care se acumulează în vacuole în unele țesuturi
ale plantelor. Sinteza de antociani este controlată de gene structurale și reglatoare, unele dintre ultimele
gene fiind izolate și clonate. Astfel de gene pot fi utilizate ca gene raportoare în țesuturile și organele
unor genotipuri care conțin gene structurale dar nu sintetizează antociani. Utilizarea antocianilor ca
markeri prezintă o serie de avantaje: nu necesită un substrat, se exprimă doar în celulele viabile și
metabolic active, sunt ușor de vizualizat. Cel mai mult s-au utilizat genele pentru factorii de
transcripție R și C1 de la porumb. genele care conferă rezistență la streptomicină și/sau
spectinomicină – au fost, de asemenea, utilizate ca gene raportoare prin efectul de etiolare pe care îl
au, prin inactivarea cloroplastelor.

35

7. PRIMA GENERAȚIE DE PLANTE TRANSGENICE

Prima generație de plante transgenice este constituita din cultivare care au fost modificate prin
introducerea unuia sau a cel mult două caractere noi, cum sunt toleranța la unul sau mai multe
erbicide, toleranță la insecte sau la dăunători sau toleranța combinată (caractere input/
tehnologice). Ponderea pierderilor produse de diferiți factori din producția potențială

Ponderea diferitelor caractere obtinute prin transgeneza in cadrul suprafetelor total cultivate cu OMG
In anul 2002
In anul 2016 procentele, raportate la suprafetele cultivate au fost:
– 12% PMG cu toleranta la atacul insectelor
– 47% PMG cu toleranta la erbicide
– 41% cu toleranta combinata (si la erbicide si la atacul insectelor)

63151413
Productia realizata
Boli
Insecte
Buruieni
75178
Toleranta la
erbicide(TE)
Rezistenta la insecte(RI)
TE/RI

36

7.1. PLANTE TRANSGENICE TOLERANTE LA ERBICIDE

Erbicidele sunt molecule chimice care actioneaza selectiv, afectand buruienile
-Specifice – actioneaza selectiv
-Totale– distrug toate plantele normale
Avantajele erbicidelor totale :
-toxicitate redusa
-efecte minore asupra mediului
-costuri reduse
Strategii privitoare la obtinerea OMG tolerante la actiunea erbicidelor:
-modificarea tintei erbicidului (cantitativ si calitativ)
-introducerea in plantele cultivate a unui sistem de degradare a erbicidului
I. Erbicidele sikimice (care au ca substanta activa glifosatul – cunoscut sub denumirea
comerciala de Roundup ) sunt sistemice totale si actioneaza avand ca tinta o enzima din calea
metabolica ce duce la sinteza aminoacizilor aromatici (prezenta la plante si microorganisme nu si la
om sau animale). O gena mutanta care sa determine sinteza unei enzime insensibile la actiunea
erbicidului poate fi izolata de la bacterii sau chiar de la plante. In acest fel, plantele normale sunt
distruse in 4-7 zile iar cele MG supravietuiesc.

Soia Roundup Ready (RR) poseda o gena transferata de la E. coli
Porumbul RR poseda o gena transferata chiar de la porumb
Roundup (glifosat) este un erbicid total aprobat in Romania de peste 40 de ani
II. A doua strategie – aplicata in cazul erbicidului glufosinat de amoniu (fosfinotricin) – care
inhiba o enzima cheie in procesul de asimilare a azotului, rezultand concentratii letale de amoniac la
numai cateva ore de la aplicarea pe plante.
Gena cu care au fost obtinute plante tolerante de rapita codifica o enzima ce detoxifica
fosfinotricinul, inactivandu-l.
Gena – izolata de la o actinomiceta din genul Streptomyces a fost transferata cu
Agrobacterium

7.2. PLANTE REZISTENTE LA ATACUL INSECTELOR
Pierderile globale cauzate de insecte s-ar putea ridica anual la 4000 de md. dolari (daca nu s-ar
aplica nici o masura de combatere) actualmente fiind de aproximativ 100 md. dolari .
Avantaje folosirii PMG tolerante la atacul insectelor:
– reducerea poluarii chimice
– protejarea entomofaunei utile
– eliminarea reziduurilor din apa si alimente
Strategia – introducerea in plante a unor gene ce determina sinteza unor proteine insecticide
(origine vegetala, animala sau microorganisme).
Cel mai frecvent se utilizeaza la gene din bacteria de sol Bacillus thuringiensis .In conditii de stress
bacteria formeaza un endospor.
Pentru constructia endosporului celula bacteriana sintetizeaza proteine specifice. Surplusul este
depozitat sub forma unui corp proteic paracristalin. Celula bacteriana se degradeaza eliberandu-se
sporul si cristalul.
Insectele ingereaza cristalele proteice, iar proteina este fragmentata in doua de enzimele din aparatul
digestiv. Un fragment (delta endotoxina) formeaza un complex cu receptori specifici cu membrana
epiteliului intestinal.
S-au studiat 40000 de tulpini de B. thuringiensis – 1000 toxine diferite fiecare cu spectru specific
Genele Bt au fost transferate la peste 26 de specii vegetale.
Compania Monsanto a produs porumbul Yieldgard ce sintetizeaza Cry I A (b)– construind o gene
sintetica in proportie de 65%

37

8. A DOUA GENERATIE DE PLANTE TRANSGENICE

A doua generatie de plante transgenice se refera la noi cultivare (hibrizi, soiuri) care au modificate
caractere legate de calitatea produselor obtinute (caractere output).
Exemple:
-modificarea continutului de amidon, proteine, zaharuri
-modificarea insusirilor de panificatie
-cresterea duratei de pastrare a fructelor
-sporirea continutului de beta-caroten
-imbunatatirea digestibilitatii furajelor Combaterea sfredelitorului porumbului
(Ostrinia nubilalis )
A) Bacillus thuringiensis
A) Bacillus thuringiensis
Bt-Gen
Wirkstoff
Bt-EiweißZellkern
mit DNA
Bt-MaisB) Bt – Porumb
Bt-Gen
Wirkstoff
Bt-EiweißZellkern
mit DNA
Bt-MaisB) Bt – Porumb
Bt-Gen
Wirkstoff
Bt-EiweißZellkern
mit DNA
Bt-Mais
Wirkstoff
Bt-EiweißZellkern
mit DNA
Bt-MaisB) Bt – Porumb

38 8.1. Modificarea procesul de coacere a fructelor
Tomatele comercializate în stare proaspătă sub numele FLAVRSAVR R sunt primul produs
alimentar recoltat de la plante transgenice care a fost aprobat pentru consum. Acest a fost primul
produs OMG comercializat pe piața SUA în 1994 și primul in Europa (UK), în 1996.În general,
tomatele sunt culese când sunt încă necoapte și tari – stadiu pe care cultivatorii îl numesc “maturitate in
verde”. Coacerea este indusă după ajungerea la destinație, printr-un tratament (gazare) cu etilenă
(hormon natural implicat în coacerea fructelor). Din cauza recoltării timpurii, aceste tomate nu au
aroma și gustul fructelor maturate pe plantă. Evident, o recoltare ceva mai târzie ar ameliora
considerabil calitatea tomatelor proaspete. În consecință, s-a procedat la modificarea genetică în sensul
păstrării consistenței după cules, fapt ce face posibilă nu numai recoltarea într-un stadiu de dezvoltare
mai avansat, când s-au acumulat și aromele specifice, ci și reducera pierderilor determinate de lovituri
în timpul transportului.Pentru modificarea procesului de coacere al tomatelor, au fost aplicate două
strategii.

Prima a fost concepută pornind de la faptul că înmuierea fructelor, în general, se produce
atunci când pereții celulelor sunt degradați de enzime specifice; două dintre aceste enzime au fost
identificate și la tomate. Cercetătorii de la Calgene, din Davis (California), au blocat sinteza uneia
dintre ele – poligalacturonaza (PG)- și, ca urmare, procesul de degradare a pereților celulari a fost
întârziat, iar fructele și-au conservat fermitatea mai mult timp.
A doua strategie se bazează pe faptul că, într-o anumită fază a dezvoltării lor, fructele produc
etilenă – hormonul menționat mai sus, care declanșează și accelerează procesul de coacere. Evident,
dacă se suprimă sinteza acestui hormon- sinteza în care sunt implicate tot două enzime – întregul
proces de coacere este întârziat. Mai precis, se folosesc genele care codifică una sau alta dintre cele
două enzime implicate în sinteza etilenei, dar orientate în sens invers. Transferate la tomate, aceste
transgene antisens determină reducerea cu 95% a cantității de etilenă sintetizate și prelungirea duratei
coacerii de la una la patru săptămâni.
În Franța, a fost obținută o linie de pepene galben care exprim\ o gen\ antisens ACC oxidaz\.
Fructele acestei linii se `nmoaie mult mai târziu decât fructele variet\]ilor conven]ionale. Prin urmare,
ele pot rămâne mai mult timp pe plantă acumulând zaharuri solubile și componente ale aromei în
cantități superioare.
8.2. Cresterea continutului in substanță uscată
Tomatele constituie materia primă pentru o industrie care produce ketchup, supe, paste, sosuri,
conserve etc. Toate acestea se obțin din varietăți special create pentru industrializare. Totuși,
aproximativ 95% din fruct este apă, care trebuie parțial eliminată în procesul prelucrării. Ca urmare a
acestui fapt, o parte din prețul produselor pe bază de tomate este reprezentată de costul eliminării apei.
Creșterea ponderii substanțelor solide solubile (în principal, zaharuri, acizi organici și compuși
aromatici) în fruct cu numai un procent – de la 5% la 6% – ar permite economisirea în industria
prelucrării tomatelor din SUA a nu mai puțin de 75 de milioane de dolari anual. Evident, și acest
obiectiv poate fi atins tot prin modificare genetică, adoptându-se diferite strategii.
8.3.Tipuri noi de amidon
Deși amidonul este prezent în întreaga lume vegetală, sunt exploatate industrial doar câteva
surse: porumbul, cartoful, grâul, maniocul și orezul. Producția europeană se ridică la 10 milioane de
tone, iar cea mondială – la 35 milioane de tone. 60% din amidonul produs provine din porumb, 25% –
din grâu și 15% – din cartof. O treime dintre produse sunt naturale, iar două treimi sunt derivate, dintre
care 20% – amidonuri modificate și 55% – zaharuri. Există deja numeroase brevete referitoare la
aplicații ale amidonului modificat prin transgeneză.În SUA, cartofii se consumă prepoderent sub formă
de “chips” sau cartofi prăjiți. Pentru a putea fi folosiți în acest scop, ei trebuie să conțină amidon în
proporție de 25%. Un conținut mai mic – de exemplu, 21- 22% – impune evaporarea unei cantități mari
de apă, fapt ce duce la absorbția grăsimilor în timpul preparării. Recurgând la o genă bacteriană,
cercetătorii de la Monsanto au reușit să sporească conținutul de amidon al tuberculilor de cartof de la
22 la 25%.

39 Amidonul – glucid puternic polimerizat- are doi constituienți esențiali: amiloza și amilopectina.
Diferențele de structură moleculară le conferă acestora și proprietăți reologice foarte diferite, care sunt
exploatate în industria agroalimentară: amiloza formează ușor geluri, în timp ce amilopectina este un
agent de îngroșare foarte eficace. În amidonurile cerealelor predomină amilopectina, raportul
amiloză/amilopectină variind între 20/80 și 30/70. Având în vedere faptul că amiloza prezintă avantaje,
în prezent se încearcă “răsturnarea” acestui raport, prin inginerie genetică

8.4.Sinteza unor glucide de interes industrial
Metabolismul plantelor poate fi deturnat în sensul sintetizării unor molecule de interes pentru
industrie prin introducerea unor noi echipamente enzimatice. O strategie de acest tip a fost aplicată
pentru sinteza unor oligozaharide – ciclodextrinele . Acestea au o structură ce le conferă capacități de
adsorbție utilizate în industriile cosmetică și farmaceutică, în agrochimie sau în industria
agroalimentară, pentru stabilizarea parfumurilor și aromelor, pentru complexarea produșilor cu
eliberare treptată, ca și pentru extragerea unor substanțe speciale (cofeină, colesterol) din amestecuri.
De exemplu, o genă izolată de la o bacterie a fost introdusă în genomul cartofului și a determinat
sinteza enzimei ce condiționează formarea ciclodextrinelor în tuberculi. Evident, această tentativă
reușită atestă viabilitatea conceptului și deschide calea spre alte încercări de a produce, cu ajutorul
plantelor, moleculare cu mare valoare adăugată, derivate din amidon.În cadrul unui alt proiect, a fost
obținută sfecla de zahăr transgenică ce produce fructan, un “îndulcitor necaloric”: O altă cale de a
spori dulceața fructelor constă în a face plantele să sintetizeze proteine naturale dulci, cum sunt
monelina și taumatina -proteine prezente în fructele unor specii de plante tropicale. Gena pentru
monelină a fost transferată la tomate și salată, iar gena care codifică precursorul taumatinei – la cartof
și castravete. Pe această cale devine posibilă și reducerea cantităților de zaharuri adăugate în unele
preparate alimentare. Un alt îndulcitor proteic performant este brazeina care este de 500 până la 2000
de ori mai dulce decât zahărul. Societățile ProdiGene și NeKtar Worldwide preconizează să transfere
gena care îl codifică la porumb.
8.5. Orezul cu bobul galben
Una dintre cele mai remarcabile realizări aparține Institutului Federal de Tehnologie din
Zurich. Este vorba de un soi de orez cu bobul galben care, ca urmare a modificării genetice, conține,
în semințe, vitamina A și fier. Desigur, această realizare este extrem de interesantă mai ales pentru
populașia săracă, malnutrită. Se știe că beta-carotenul este un pigment necesar pentru fotosinteză,
sintetizat în țesuturile verzi ale tuturor plantelor, deci și ale orezului, dar nu și în țesuturile
nefotosintetizatoare, cum sunt cele ale semințelor. Pe de altă parte, se estimează că, în întreaga lume,
peste 124 de milioane de copii sunt deficienți în vitamina A. Printr-un aport de vitamina A în dietă s-ar
preveni, anual, moartea a 1,3 – 2,5 milioane de vârstă prescolară. Orezul galben auriu sintetizează
betacaroten și în semințe, deoarece în genomul său sunt incluse patru gene care codifică enzimele
cheie ale biosintezei acestui pigment, izolate de la Narcissus și Erwinia. O altă problemă acută de
nutriție este deficitul de fier în organism, care afectează 30% din populația globului. Soluția: în același
orez, a fost introdusă și o genă, izolată de la soia, care codifică feritina – o proteină ce stochează fierul.
Funcționarea acestei gene, pusă sub controlul unui promotor cu “expresie sămânță specifică”, a făcut
să crească de trei ori nivelul fierului în bobul de orez.
8.6. Modificari aduse plantelor textile
Bumbacul rămâne cazul cel mai interesant în privința aplicațiilor ingineriei genetice. În afara
soiurilor rezistente la insecte și erbicide (obiectiv impus de faptul că aproximativ 40% din cantitatea
totală de pesticide consumate se aplică la această specie), cultivate deja pe suprafețe mari în Statele
Unite ale Americii, dar și în China, Africa de Sud și India, sunt în curs de obținere:- linii care
sintetizează melanină, pentru culoarea neagră, `n lumenul fibrei, prin expresia unor transgene sub
controlul unor promotori fibră specifici – linii care sintetizează, tot în lumenul fibrei, un miez de
material plastic.Scopurile finale ale acestor transformări sunt evidente: renunțarea la operațiunea de
colorare a fibrelor, costisitoare și poluantă, și ameliorarea proprietăților termice.

40

8.7 Alte tipuri de modificări
Pentru ameliorarea calității îmbrăcăminții, în plantele furajere se introduc gene care codifică
proteine cu sulf. Proteine menite să amelioreze calitatea lânii oilor.Plantele ornamentale modificate
genetic pe piață încă din 1996: o garoafă mov- Moondust TM- obținută prin introducerea genelor ce
codifică pigmenții corespunzători într-un soi cu flori albe, precum și o garoafă care poate fi păstrată
tăiată, în vază, timp relativ îndelungat. De altfel piața este inundată de plante ornamentale cu culoarea
florilor modificată.Un interes aparte prezintă plantele modificate genetic pentru a fi folosite ca
“instrumente de bioremediere”, adică de decontaminare a terenurilor poluate natural sau contaminate
ca urmare a unor activități ale omului. Câteva exemple de asemenea plante: plopul galben, care posedă
două gene bacteriene ce-i permit să convertească mercurul ionic și metilmercurul în mercur volatil;
muștarul cu toleranță sporită la cadmiu; tutunul care posedă enzime ce degradează hidrocarburile
poluante; arborii care supraexprimă nitratreductoza, eliminând oxizii de azot ce se acumulează în
marile aglomerări urbane.

Alte proiecte interesante pentru industrie:- plante transgenice de plop, eucalipt ș.a. producătoare de
biomasă pentru obținerea etanolului;- plante transgenice cu lignina modificată pentru fabricarea mai
facilă a hârtiei;- plante de rapițî modificate pentru a produce un material plastic biodegradabil
(polimerul respectiv a fost “exprimat” și în lumenul fibrelor de bumbac).

9. A TREIA GENERATIE DE PLANTE TRANSGENICE Cea de a treia generatie include
plante modificate genetic in vederea producerii unor molecule utile pentru industrie, medicină sau
stiință
Produse primare – Anticorpi (imunoglobuline)
– Enzime (cosmetică, terapeutică, industrie,diagnostic)
– Proteine structurale (peptide, hormoni)
– Vaccinuri
– Medicamente

Produse secundare –Bioplastic
– Vitamine
– Metaboliti secundari (fenoli, taninuri, amidonuri, arome, alcaloizi)
– Fibre
Realizari
Salata care vaccinează contra hepatitei B.
Cartoful care imunizează impotriva holerei.
Rapita care produce de doua ori mai multa vitamina E.

10. RISCURILE FOLOSIRII OMG PENTRU MEDIU

Ingineria genetica si produsele sale au aparut numai in ultimii 25-30 de ani. De aceea, este aproape
imposibil de evaluat impactul potential al speciilor trangenice asupra mediului. Totusi, pornind de la
observatiile efectuate in situatii similare cu specii naturale, oamenii de stiinta au sugerat urmatoarele
efecte:
1. Crearea de noi daunatori : o planta de cultura care a fost modificata prin inginerie genetica
pentru a fi toleranta fata de saruri ar putea scapa (evada) din lanul de cultura, ar putea invada estuarele,
sufocand vegetatia naturala a acestui habitat.

41 2. Amplificarea problemelor cu daunatorii deja existenti : plantele de cultura sunt capabile de a
transfera gene la distante de kilometri la specii inrudite, prin polenizarea mediata de vant sau insecte,
unele dintre aceste specii putand fi buruieni cunoscute. Astfel, genele straine de la plantele de cultura
cu caractere inginerizate, cum ar fi toleranta la erbicide sau uscaciune, ar putea fi transferate la
buruieni, facandu-le si mai greu de controlat.
3. Afectarea speciilor nevizate , non-tinta: virusurile, microorganismele sau plantele modificate
genetic pentru a omora insectele daunatoare ar putea afecta si insectele utile. In experimentele de
laborator, bacteriile modificate pentru a converti reziduurile vegetale cum ar fi frunzele in alcool, cu
scopul utilizarii acestuia ca si combustibil, au determinat reducerea populatiilor de ciuperci (fungi)
benefice. In unele cazuri, au fost omorate si ierburile din zone invecinate prin otravire cu alcool.
4. Reducerea biodiversitatii prin inlocuirea speciilor native: plantele de cultura MG care au un
avantaj de supravietuire ar putea evada din campurile de cultura, ar putea invada alte ecosisteme si ar
putea inlocui alte specii. Aceasta pierdere a biodiversitatii ar putea diminua sever abilitatea
ecosistemelor sau speciilor de a raspunde cu succes la stessuri neasteptate, cum ar fi uscaciunea sau
bolile.
11. RISCURILE ASUPRA SANATATII

Principalele griji referitoare la siguranta alimentelor care contin derivate OMG se concentreaza
asupra urmatoarelor aspecte:
1. Testele analitice existente si bazele de date continand substantele toxice naturale sau nutrientii
prezenti in alimentele conventionale nu sunt adecvate pentru a testa modificarile neintentionate ale
derivatelor OMG;
2. Ingineria genetica poate afecta in mare masura toxinele, alergenii sau nutrientii din alimente;
3. Alergiile asociate alimentelor pot fi exacerbate prin inginerie genetica;
4. Folosirea genelor marker care confera rezistenta la antibiotice in unele alimente OMG ridica
probleme de sanatate.

Bibliografie selectiva:
1. Badea Elena Marcela, 2003 – Plantele transgenice în cultură, București.
2. Banu C. și colab., 2000 – Biotehnologii în industria alimentară. Ed. Tehnică, București.
3. Beceanu B., 1994 – Tehnologia produselor horticole, vol I. Centrul de multiplicare U:S.A.M.V., Iași.
4. Bourgeois C.M., Larpent J.P., 1989 – Microbiologie alimentaire, vol. I-II. Edit. Lavoisier, Paris.
5. Danson M. J., Hough D. W., 1998 – Les enzymes de l` extreme. Biofutur.
6. Fellet P., 1998 – Aliments et industries alimentaires. Versailles, INRA Editions.
7. Simioniuc DP, 2009 – Biotehnologii, Ed. Ion Ionescu de la Brad Iasi