Banca genetică

Banca de gene este o bancă sau un depozit biologic în care se conservă material genetic provenit de la plante și animale în vederea folosirii ulterioare în genetica experimentală. Conservarea se face prin înghețare, în cazul plantelor materialul conservat fiind reprezentat de semințe, iar în cazul animalelor de ovule și/sau spermă. Scopul este acela de a păstra material genetic de la speciile de animale și plante pe cale de dispariție pentru conservarea biodiversități și pentru îmbunătățirea materialului genetic al animalelor domestice și al culturilor de plante.

Banca de semințe

O astfel de bancă se ocupă cu conservarea semințelor provenite de la diferite specii de plante, semințe care pot fi apoi decongelate și utilizate în agricultură. Și în România există o astfel de bancă, fiind reprezentată de banca de gene de la Suceava, fondată în 1985 de către doctorul Mihai Cristea. Ea este subordonată Ministerului Agriculturii, Pădurilor și Dezvoltării Rurale iar scopul ei este explorarea, colectarea, evaluarea și conservarea resurselor genetice vegetale de pe teritoriul țării. Funcționează după principiile generale de funcționare al oricărei bănci de semințe din lume, activitățile ei cuprinzând:

1. Colectarea și inventarierea resurselor vegetale care presupune identificarea resurselor genetice vegetale potențial valoroase pentru ecosistem (varietăți locale tradiționale de plante, specii vechi) și completarea colecției băncii de gene cu specimene de diverse tipuri: plante ornamentale, aromatice, medicinale, furajere, industriale, cultivate etc. Colecțiile băncii sunt împărțite în două categorii: colecția activă și de bază (colecția vie) cu plante care se vor recultiva și studia în culturi și ierbarul (colecția moartă).
2. Multiplicarea și regenerarea resurselor genetice vegetale care presupune reînnoirea unei probe de semințe conservate în bancă prin cultivarea acesteia pe unul din câmpurile anexate băncii, sub strictă supraveghere. Prin creșterea și dezvoltarea culturii respective de plante va rezulta un genotip cu caracteristici similare celui original, provenit din materialul genetic conservat. Prin multiplicare se realizează reînmulțirea pe câmp a numărului de semințe rezultând astfel o populație genetică cu aceleași caracteristici ca populația inițială.
3. Caracterizarea și evaluarea primară a unei probe de material genetic provenit de la o anumită specie de plante presupune descrierea identității genetice a speciei respective prin cultivarea sa pe parcele de regenerare (specii autogame - care fecundează floarea unei plante cu polenul produs în aceeași floare) sau pe parcele separate (specii alogame - fecundarea florii unei plante cu polenul provenit de la plante din aceeași specie).
4. Evaluarea secundară presupune realizarea unor studii multidisciplinare cu privire la caracterele de mediu cu influență asupra dezvoltării plantelor și anume: productivitatea și performanțele agronomice, factorii de stress biotici și abiotici, caracterele biochimice și citologice ale speciei precum și cercetări genetice, fiziologice, biochimice, taxonomice precum și cercetări cu privire la biochimia speciei respective cu caracterizarea conținutului de aminoacizi, grăsimi, amidon, apă și săruri minerale.
5. Crearea de fonduri genetice pentru potențialii utilizatori se face în urma ameliorării genotipului și fenotipului speciei respective de plante rezultând indivizi mai rezistenți la factorii de mediu și mai puțini susceptibili pentru îmbolnăvire.
6. Conservarea pe termen mediu și conservarea pe termen lung ce cuprind conservarea in vitro (în laborator în condiții speciale de temperatură și umiditate) și conservarea în câmp.
7. Documentarea cu actualizarea periodică a bazelor de date și management-ul acestora precum și comunicarea cu diferite bănci de gene din lume și stabilirea unor proiecte de cercetare și de dezvoltare.

Condițiile de depozitare a semințelor în frigidere presupun uscarea acestora până ajung să conțină mai puțin de 5% apă și depozitarea lor la temperaturi de -18 grade Celsius sau mai joase. Periodic semințele trebuie decongelate și replantate cu recoltarea unui alt rând de semințe deoarece ADN-ul se degradează cu timpul.
Banca de gene din Suceava deține în ierbar plante uscate, presate și ținute între foi de hârtie în cutii de carton în biblioteci cu rafturi metalice 3.150 de exemplare însumând 195 de genuri, 70 de familii și 615 specii dintre care numeroase sunt plantele rare precum: Betula nana, Campanula alpina și Lilium martagon.
În prezent, banca de gene din Suceava deține o colecție de 17.704 probe de la 386 de specii diferite în decursul activităților de colectare derulate pe parcursul a 19 ani. Arealul de colectare s-a extins pe suprafața a 36 de județe.
În lume se află aproximativ 1300 de bănci de semințe, cea mai mare dintre ele fiind Millenium Seed Bank Project, de lângă Londra. Plantele sunt depozitate într-un buncăr rezistent inclusiv la explozia unei bombe nucleare, scopul acestei bănci fiind de a colecta fiecare specie de plantă de pe planetă. Este urmată ca și capacitate de depozitare de Svalbard Global Seed Vault din Norvegia, proiectată de asemenea să reziste unei catastrofe nucleare.
Aceste bănci de semințe au fost construite în scopul protejării biodiversității ecosistemelor terestre. Populația umană este în creștere, defrișările au atins o cotă alarmantă iar resursele alimentare sunt insuficiente pentru a satisface nevoile creșterii gradate a populației pe glob. De aceea este nevoie de conservarea semințelor și de îmbunătățirea genotipurilor plantelor pentru ca acestea să poată fi folosite în condițiile unei crize mondiale de alimente. De asemenea în banca genetică de semințe se cercetează plantele medicinale cu posibilitatea dezvoltării unor noi tipuri de medicamente pentru diverse maladii. În jur de 500 de specii de plante sunt pe cale de dispariție, băncile de semințe reprezentând locuri unde aceste plante pot fi depozitate și cultivate pentru a se evita dispariția lor.

Banca de gene animale

Lumea animală a planetei este caracterizată printr-o mare varietate de gene care s-au dezvoltat în decursul a milioane de ani de evoluție. Însă, datorită evoluției și extinderii populației umane precum și dezvoltării industriale și urbanizării numeroase specii de animale au dispărut, altele fiind amenințate cu dispariția. Numărul de indivizi din cadrul multor specii este de asemenea în scădere, ceea ce amenință fondul genetic al speciei cu apariția de mutații. O soluție pentru speciile de animale pe cale de dispariție ar putea fi conservarea lor în grădini zoologice, însă marea problemă este că acestea pot adăposti în captivitate în jur de 50 - 100 de indivizi apărând astfel pericolul încrucișării indivizilor cu grad apropiat de rudenie ceea ce va duce la alterarea genotipului și scăderea diversității și variabilității caracterelor genetice, cu pierderea a în jur de jumătate din totalul de gene al speciei. A apărut astfel necesitatea păstrării și depozitării unui număr cât mai mare de genotipuri pentru a se conserva diversitatea și variabilitatea în cadrul unei specii.
Până la momentul actual au fost raportate 900 de specii în pericol de extincție și se preconizează că 1000 de specii vor dispărea sau vor fi pe cale de dispariție în următorii 30 de ani. S-au dezvoltat numeroase programe de protecție a speciilor în pericol printre care și Chengdu Research Base of Giant Panda Breeding, o bancă genetică din China în care sunt depozitate ovule, spermă, mostre de țesut și alte produse biologice provenite de la urșii Panda giganți precum și de la alte specii pe cale de dispariție. Un alt proiect similar este pe cale de dezvoltare în Marea Britanie și se numește The United Kingdom’s Frozen Ark Project. Statele Unite, India și Irlanda de Nord au de asemena în desfășurare proiecte de acest gen. Se preconizează că, prin folosirea materialului genetic prezervat de la speciile dispărute va putea fi posibilă clonarea acestora. O femelă aparținând unei specii apropiate ar putea fi folosită ca mamă surogat. Nucleul unuia dintre ovulele mamei surogat va fi înlăturat, iar nucleul unei celule provenite din proba biologică conservată a speciei dispărute va fi implantat în ovulul respectiv prin tehnica transferului nuclear. Un astfel de experiment a reușit în Statele Unite când s-a reușit clonarea unui Bizon Indian, specie pe cale de dispariție. Mama surogat a fost o vacă domestică obișnuită. Bizonul clonat s-a numit Noah (Noe) și a murit după 48 de ore de la naștere din cauza unei forme comune de dizenterie. Tehnologia prezintă însă multe necunoscute și momentan nu este posibilă recrearea unor exemplare dintr-o specie dispărută viabile timp îndelungat.

Metode de depozitare a materialului genetic

Congelarea

Materialul genetic animal, constituit în ovule, spermă, mostre de piele sau alte țesuturi sau mostre de păr este extrem de friabil și cu viabilitate redusă în condițiile mediului extern. Astfel a fost necesar să se dezvolte o metodă de congelare a celulelor care să facă posibilă păstrarea viabilității după decongelare. Celulele sunt depozitate într-un mediu special la care se adaugă crioprotectori- agenți chimici care protejează celulele deținătoare de material genetic contra acțiunii ucigătoare a frigului. Celulele sunt răcite apoi treptat până la -79 grade Celsius sau chiar până la -196 grade Celsius și pot fi păstrate în aceste condiții până la câteva zeci de ani.

Azotul lichid

Sperma se păstrează congelată în azot lichid, la o temperatură de -196 de grade celsius, după decongelare putând fi folosită pentru fecundarea artificială a femelelor. Metoda este folosită pe larg în creșterea producției de animale genetice în cazul fermelor reproducătoare. De exemplu, de la un taur se pot obține pe cale naturală în jur de 50 - 100 de viței anual, iar pe cale artificială numărul de descendenți poate ajunge la 10.000. Sperma congelată are viabilitate ani întregi și poate fi folosită și după moartea donatorului. Este folosită nu numai pentru creșterea producției de animale domestice în ferme, ci și pentru înmulțirea animalelor sălbatice în grădinile zoologice. Actualmente se practică această metodă pe 80 de specii de animale.

Congelarea embrionilor

Este un alt mod de conservare a materialului genetic, presupunând congelarea timpurie a embrionilor de mamifere care, după decongelare se implantează în uterul unei mame surogat unde își continuă mitozele și dezvoltarea. Se aplică această metodă în prezent pentru iepuri, oi, capre și vite cornute mari. Metoda de congelare a embrionilor permite păstrarea caracterelor fenotipice morfologice și fiziologice valoroase pentru specia respectivă moștenite nu numai de la masculi dar și de la femele. S-au obținut rezultate importante în urma stimulării poliovulației la femelele de oaie și vacă urmată de extragerea ovulelor din uter și conservarea lor apoi implantarea lor la mame surogat obișnuite, din aceeași specie. Prin urmare, în urma tratamentelor hormonale ce determină poliovulația, de la o singură femelă se pot obține până la 60 de embrioni anual în loc de 1sau 2. Acești embrioni sunt implantați unor femele de rase inferioare aparținând aceleiași specii obținându-se astfel în jur de 30 de viței viabili de la fiecare vacă donatoare de ovule. Astfel se conservă caracterele speciei și se păstrează materialul genetic valoros al rasei superioare de vacă prin numărul foarte mare de descendenți care rezultă. În Australia se utilizează pe cale largă această metodă, întrucât importul de animale mature este interzis datorită unor reguli speciale de carantină.

Clonarea genetică

Reprezintă obținerea unor copii exacte ale unor animale în viață sau care aparțin unor specii dispărute, în cazul în care ADN-ul acestora s-a păstrat în bănci genetice. Există numeroase dispute de ordin etic și religios în ce privește clonarea. Până acum s-a reușit clonarea de oi, vaci, capre, cai, șoareci, broaște și iepuri, cel mai celebru animal clonat fiind oaia Dolly care a trăit 6 ani de la momentul nașterii. Unii autori consideră clonarea ca fiind o metodă foarte bună și de viitor pentru înmulțirea animalelor domestice și pentru creșterea productivității fermelor, însă numeroase țări au legi împotriva acestei practici. În ce privește clonarea umană, este interzisă prin lege în majoritatea țărilor, însă se pare că, având în vedere tehnologia actuală clonarea umană nu ar fi posibilă.

Băncile de spermă

Banca de spermă sau criobanca este acel depozit biologic care colectează sperma umană provenită de la donatori în vederea fertilizării in vitro și a înseminării artificiale. Este o practică destul de controversată, însă extraodinară pentru femeile care nu puteau avea copii în alte circumstanțe. Donatorii de spermă sunt testați atât biologic cât și genetic și selectați în funcție de anumite criterii însă controversele rezidă din faptul că un bărbat poate avea numeroși urmași de care nu va fi niciodată conștient și nu va lua parte la procesul normal de reproducere. De asemenea femeile se pot transforma în mame surogat prin fertilizare in vitro care folosește ovule de la o donatoare și spermă de la un donator, poate alege ce donator dorește din banca de spermă, poate deveni mama mai multor copii ai unui singur donator sau ai mai multor donatori. De asemenea mama poate alege sexul copilului și programa concepția pentru un anume interval de timp.
Donatorii de spermă trebuie să fie informați riguros cu privire la faptul că nu au niciun drept asupra copiilor rezultați din procesul de concepție în care se va folosi materialul genetic donat de către aceștia, deși ei sunt practic tații biologici ai copiilor respectivi. Multe țări interzic această practică dar întreaga lume există numeroase bănci de spermă pe toate continentele, cea mai mare dintre ele fiind însă Cryos International din New York. 20391 de femei au rămas însărcinate în urma fertilizării in vitro utilizând material de la această bancă.
Câteva dintre criteriile pe care trebuie să le îndeplinească un donator de spermă pentru a fi eligibil pentru această bancă sunt: vârsta între 18 și 39 de ani, studii superioare, stare foarte bună de sănătate, nefumători și neconsumatori de alcool. Se studiază de asemena și antecedentele heredo-colaterale ale donatorului iar acesta va intra într-un program special cu 6 luni înainte de donare, urmând să i se facă screening-ul pentru numeroase boli genetice și ereditare precum și pentru boli virale precum hepatita B și C, HIV, citomegalovirus, sifilis și diverse tipuri de anemii și hemoglobinopatii. Se realizează de asemenea și analiza spermei, numită spermogramă.
Sperma donată este crioprezervată în azot lichid, în recipiente de 0,4 până la 1 ml, la temperatura de 196 grade Celsius. Se estimează că viabilitatea ei este destul de lungă, fiind raportată concepția unui copil în Marea Britanie cu spermă crioprezervată timp de 21 de ani.
În România, prima bancă de spermă deschisă este cea de la spitalul Panait Sârbu (Maternitatea Giulești) din București.

Băncile genetice reprezintă o investiție de viitor, mai ales în ce privește conservarea materialului genetic provenit de la animale și plante pe cale de dispariție, care poate fi folosit pentru prezervarea diferitelor ecosisteme distruse în urma industrializării precum și pentru evitarea dispariției anumitor specii amenințate. Băncile genetice sunt foarte utile și în ce privește fermele de reproducere a animalelor domestice, ușurându-se procesul reproductiv și crescând productivitatea. De asemenea, într-o lume în care lipsa resurselor alimentare va deveni din ce în ce mai acută ca urmare a creșterii alarmante a populației umane de pe Glob, cultivarea extensivă a alimentelor în zone controlate și îmbunătățirea caracterelor genetice ale vegetalelor pentru ca acestea să reziste mai bine la condițiile de mediu ar putea fi de un real ajutor.