Banka gena (engl. gens bank) važna je sastavnica ex situ in vitro programa očuvanja farmskih genetskih resursa. U njoj se čuva genetski materijal (zameci, jajne stanice, sperma, tkivne stanice) prikupljen, pripremljen i pohranjen na odgovarajući način (uglavnom u tekućem dušiku na temperaturi od -196 ºC), najčešće na više primjerenih lokacija. U banku gena pohranjuje se genetski materijal od pasmina lokalne, područne ili globalne važnosti, sukladno strategiji odabira i pohrane. Na nacionalnoj razini u zasnivanju banke gena sudjeluju mjerodavne institucije, a genetski materijal pohranjen u banku gena javno je dobro i sukladno tome ovlaštene službe skrbe o njezinu funkcioniranju. 

Više je razloga zasnivanja banke gena (engl. cryopreservation programme) kao prioriteta u ukupnoj strategiji očuvanja farmskih genetskih resursa. Hiemstra (2003.) navodi temeljne  razloge pohranjivanja genetskog materijala u banku gena u ex situ in vitro programu:

  • potpora in vivo programima očuvanja animalnih genetskih resursa,
  • kao pričuvna kopija (engl. back-up) zaštićene populacije koja može biti učinkovito iskorištena u slučaju genetskih problema u in situ programima (gubitak alelne različitosti, povećanje uzgoja u srodstvu, pojava nepoželjnih genetskih kombinacija),
  • povećanje efektivne veličine malih populacija i smanjenja genetskog pritiska, 
  • mogućnosti rekonstrukcija pasmina, u slučaju izumiranja ili gubitka znatnog broja jedinki;
  • kreiranje novih linija/rodova u slučaju njihova biološkog nestanka,
  • pričuvna kopija populacije koja može biti iskorištena za modificiranje i/ili preusmjeravanje populacije, utjecanje na evolucijske ili selekcijske procese,
  • provedba genetskih istraživanja.   

Ex situ in vitro program (banka gena) primarno se odnosi na prikupljanje i pohranjivanje genetskog materijala autohtonih pasmina (lokalne i regionalne važnosti), s tim da je poželjno pohraniti i genetski materijal od drugih pasmina, regionalnog i šireg značenja (komercijalni genotipovi). Razlog je u potrebi određenih možebitnih selekcijskih usmjeravanja s genima nekih ranije živućih jedinki. Primjerice, sjeme bika korištenog u rasplodu prije nekoliko desetljeća, sačuvano u ''arhivu gena'',  u određenim segmentima nacionalne uzgojne izgradnje populacije goveda može postati vrlo interesantno.

Vrste i pasmine u banci (pričuvi) gena

Pri zasnivanju banke gena važno je voditi računa o mogućnostima, prioritetima i troškovima programa. Prije svega neophodno je imati u vidu vrijednost genetskog materijala u proizvodnji hrane i očekivanim koristima selekcijskih postupaka na nacionalnoj razini. Osim toga, treba uzeti u obzir dostignuća tehnika hlađenja i čuvanja genetskog materijala po vrstama, kao i stručnu i infrastrukturnu osposobljenost na nacionalnoj razini. Ne smiju se zanemariti troškovi prikupljanja, pohranjivanja, čuvanja i aktiviranja pojedinih vrsta genetskog materijala, radi čega je potrebna optimalizacija strategije i postupaka. Svakako, pri uspostavi banke gena treba voditi računa o žurnosti postupaka u pojedinim populacijama, kako bi se ponajprije osigurao genetski materijal od visoko ugroženih pasmina, zatim manje ugroženih i ostalih pasmina. Poželjno je uspostaviti i regionalnu koordinaciju, kako bi se izbjeglo nepotrebno multipliciranje prikupljenoga genetskog materijala.  

Kada je banka gena primarno podrška aktivnim in situ programima zaštite ugroženih pasmina, Ruane (1999.) navodi šest kriterija koji su važni u donošenju odluke o pohranjivanju genetskog materijala u banku gena:

  • stupanj ugroženosti,
  • prilagođenost specifičnom okolišu,
  • obilježja gospodarske važnosti,
  • jedinstvena obilježja,
  • kulturno-povijesna vrijednost,
  • genetska jedinstvenost pasmine.

Pokazatelji jedinstvenosti pasmine vrlo su važna spoznaja u odluci prioritetnih akcijskih koraka. Razvojem metoda molekularne genetike postalo je moguće s velikom pouzdanošću procijeniti originalnost pasmine, razinu varijabilnost unutar pasmine kao i odnos naspram drugih pasmina. Kao genetski biljezi primarno se koriste mikrosateliti i zapisi DNA sekvenci, no dostupni su i brojni drugi markerski sustavi. Na taj način može se lakše donijeti odluka o žurnoj i pozornoj zaštiti vrednijih (originalnijih) genetskih resursa (pasmina), odnosno imati pouzdan pokazatelj za kasnije praćenje događanja u populaciji (monitoring).

Odabir genetskog materijala (donora) za pohranu

U banku gena potrebno je pohraniti optimalnu količinu i vrstu genetskoga tkivnog materijala, kako bi se moglo sigurno, dugoročno i učinkovito djelovati, ali i žurno u slučajevima potrebnih brzih akcija. Do sada poznate tehnike prikupljanja i pohranjivanja (zamrzavanja) tkivnih materijala otvaraju mogućnost primjene zametaka, jajnih stanica, sperme i tkivnog staničja u čuvanju gena i rekonstrukciji pasmine. Osobitu pozornost treba posvetiti odabiru potencijalnih jedinki ''donora'', količini prikupljenoga genetskog materijala, načinu pohrane, praćenja i nadopune.

U slučaju nepostojanja kvalitetnih informacija o podrijetlu jedinki pristupa se odabiru na temelju odlika vanjštine, uvažavajući dostupne informacije o mogućem križanju s drugim pasminama (genotipovima). U ovakvim slučajevima genetski markeri vrlo su korisno oruđe za pravilan odabir jedinki. Odabrane jedinke ''donori'' trebaju biti potpuno zdrave, testirane na neke od rizičnih bolesti, a ne smiju poticati iz zaraženih ili rizičnih stada (osim u iznimnim slučajevima kada je riječ o kritično ugroženoj populaciji). Prvenstveno se to odnosi na tuberkulozu, brucelozu, leukozu, IBR/IPV, plavi jezik, ovčje i kozje boginje, svinjsku kugu i neke druge bolesti.

Ukoliko je na raspolaganju više pogodnih životinja i financijskih sredstava, poželjno je obuhvat proširiti na veći broj vrsta i jedinki. Preporuke (FAO, 1986.) upućuju na to da je za rekonstrukciju pasmine potrebno minimalno 25 jedinki.

Odluka o vrsti i količini potrebnoga genetskog materijala (sperme, oocita, zametaka, somatskih stanica) treba biti uravnotežena, kako bi se po potrebi moglo najučinkovitije djelovati. Prikupljanje sjemena relativno je jednostavan postupak, a pohranjeno sjeme vrijedan je genetski materijal, iskoristiv u menadžmentu genetske varijabilnosti postojećih in situ programa. Nedostatak je navedene metode nemogućnost potpune rekonstrukcije pasmine iz sjemena (nedostaje citoplazmatski DNA zapis). Prikupljanje i pohranjivanje oocita i zametaka je zahtjevnije, a samim tim i skuplje u začetku ex situ-in vitro programa. Stav genetičara je da u banku gena treba prikupiti i pohraniti različit tkivni materijal (somatske stanice, sperma, oocite, zameci), pri čemu je banka gena kontinuirana potpora in situ programima (sperma, zameci).

Tehnike pohranjivanja genetskog materijala i njihovi učinci

Budući da pohranjivanje genetskog materijala u banku gena iziskuje znatne tehničke i ljudske potencijale, posebice tijekom njezina zasnivanja, poželjno je racionalno korištenje raspoloživih resursa. U pogledu tehničkog potencijala treba promišljati o korištenju svih raspoloživih centara s opremom iskoristivom u postupku deponiranja i čuvanja genetskog materijala. Isto tako, ljudske potencijale treba koristiti racionalno (znanstvene institucije) te nadopunjavati njihovo usavršavanje. Pohranjivanje i aktiviranje sjemena muških rasplodnjaka danas je gotovo rutinska reprodukcijska tehnika kojom su ovladale brojne ustanove na nacionalnoj razini. Kloniranje je pak metoda koja bi u budućnosti mogla biti interesantna. Stoga je poželjno u skoro vrijeme ovladati dijelom postupka pohrane genetskog materijala, a kada se ostvare ljudske i tehničke pretpostavke njegova aktiviranja, bit će iskoristiv i u programima očuvanja farmskih genetskih resursa. 

Genetski materijal koji se deponira u banku gena može biti: sperma, jajne stanice, zameci ili stanice iz različitih vrsta tkiva. Sjeme ili zameci uobičajeno se deponiraju u zasebne manje posude (pajete, epice) veličine 0,25 mL ili 0,5 mL, ovisno o vrsti. Tako se sperma pastuha uglavnom pohranjuje u veće doze (0,5 mL), sperma bikova u manje ili veće doze, dok je u nekih vrsta ponekad potrebno utrošiti i više doza za postupak jednog osjemenjivanja. Guérin (1998.) navodi temeljno pravilo kojeg se treba pridržavati prilikom prikupljanja i pohranjivanja genetskog materijala:  okolina ne smije kontaminirati dozu niti doza smije kontaminirati okoliš.

Pri pohranjivanju genetskog materijala osobitu pozornost treba obratiti na pakiranje. Tako na pajeti sa spermom trebaju biti navedeni vrsta, pasmina, identifikacijski broj, oznaka države, mjesto i datum prikupljanja. Na posudi sa zamecima, uz navedeno, treba biti napisan i broj zametaka u pajeti, njihova kvaliteta, stadij razvoja i drugo. Način označavanja pohranjenoga genetskog materijala treba biti usuglašen s nacionalnim propisima. 

Tehnika pohranjivanja sperme u tekućem dušiku (-196 ºC) razvijena je za bikove, ovnove, jarčeve, konje i perad. Sperma može biti prikupljena kao ejakulat ili uzeta iz pasjemenika (alternativni model), s tim da je uspjeh inseminacije različit. Postupci prikupljanja i pohrane sperme bikova, ovnova ili nerastova razvijeni su i konstantno se usavršavaju, dok pohrana sperme nekih drugih vrsta iziskuje mjere opreza i unapređenja tehnika. Blash i sur. (2000.) navode da sperma uzeta iz pasjemenika jarca može biti korištena za umjetnu inseminaciju, ali je učinak lošiji u odnosu na spermu iz ejakulata. Potrebno je voditi brigu i o vremenu uzimanja sperme. D’Alessandro i Martemucci (2003.) ističu kako i sezona značajno utječe na kvalitetu sperme (postupak zamrzavanja). Sposobnost preživljavanja spermatozoida u sjemenu pastuha vrlo je varijabilna, tako da sjeme nekih pastuha uopće nije pogodno za pohranjivanje u tekućem dušiku. Također, razvijaju se i postupci pohrane sperme magaraca. Blesbois i Labbé,  (2003.) navode da većina procedura pohranjivanja sperme purana nije pogodna, ali modificirane procedure mogu dati dobre učinke. 

Tehnika pohrane i aktiviranja jajnih stanica nije pouzdana u mjeri u kojoj su razvijene tehnike deponiranja i aktiviranja sperme i zametaka, no istraživanja podržavaju optimizam u pogledu optimiziranja metoda. Jajne stanice svakako su vrijedan genetski materijal koji, osobito u kriznim situacijama, treba prikupiti i pohraniti u banku gena, očekujući da će u budućnosti biti dostupne jednostavnije i pouzdanije tehnike aktivacije pohranjenoga genetskog materijala. Primjerice, ukoliko genetski vrijedna jedinka (krava, ovca, koza, kobila, krmača) uslijed ozljede ili bolesti mora biti usmrćena, svakako je poželjno prikupiti jajne stanice ili jajnike, te ih pohraniti u banku gena. 

Prijenos zametaka (embriotransfer) u govedarstvu je već dva desetljeća rutinska metoda. Neki smatraju da izazivanje poliovulacije umanjuje kvalitetu zametaka, a što ne umanjuje reproduktivnu važnost i učinkovitost same metode (Mapletoft i sur., 2002.; Kanitz i sur., 2002.). Osim in vivo metode embriotransfera, u  pogledu mogućnosti rekonstrukcije pasmine osobito je važna metoda in vitro dobivanja zametaka. Njome se krvnom ili beskrvnom tehnikom prikupljaju jajne stanice, ponekad i iz jajnika uginulih životinja, a naknadno se oplođuju u in vitro uvjetima. Postupci ''brzog'' i ''sporog''  zamrzavanja zametaka najranije su razvijeni za goveda, a zatim za ovce, konje i svinje (Vajta i sur., 2000.; Dobrinsky i sur., 2000; Berthelot i sur., 2000.).

Pohrana somatskih stanica alternativna je metoda koju preporučuje FAO, posebice u nerazvijenim zemljama, upravo radi niskih troškova provedbe (FAO, 1998a). U tu svrhu mogu biti prikupljene dlake s korijenom, koža ili neka druga tkiva. FAO polazi od pretpostavke da će se metodologija kloniranja značajno razviti i pojednostaviti do vremena kada će pohranjeni genetski materijal trebati reaktivirati.

Upravljanje bankom gena

Upravljanje bankom gena složen je proces koji podrazumijeva stalan nadzor i čuvanje korištenoga genetskog materijala. Genetski materijal u banci gena nacionalni je resurs nad kojim skrbi država, računajući istodobno i na možebitne sekundarne banke genetskog materijala (u privatnom vlasništvu), iz kojih po potrebi poseže za popunjavanjem depoa. Osnovni preduvjet upravljanja bankom pouzdan je informacijski centar preko kojeg se nadzire vrsta, kvaliteta i količina genetskog materijala, njegova distribucija (mjesto pohrane) i drugo. Analizom pohranjenoga genetskog materijala i međuodnosom s uzgojnim (konzervacijskim) planom, planira se dinamika nadopune banke gena (sukladno potrebama i prioritetima, raspoloživim tehničkim i ljudskim resursima). U banci gena važno je konstantno održavati optimalnu količinu i strukturu genetskog materijala. Pri zamjećivanju naznaka kriznih situacija (opasnosti od bolesti), negativnih populacijskih trendova (naglog pada veličine populacije) ili uginuća jedinki koje nose specifične kombinacije gena, provode se mjere nadopune, sukladno potrebama i mogućnostima.     

Genetskim materijalom pohranjenim u banci gena stalno se podržavaju uzgojni (konzervacijski) programi. Budući da su populacije domaćih životinja u stalnoj dinamičkoj promjeni, uravnoteženost genetske strukture moguće je djelomice održavati preko banke gena. Istodobno treba prikupljati i pohranjivati genetski materijal od uzgojno vrijednih (interesantnih) jedinki za potrebe upravljanja uzgojem u budućnosti. Dinamički pristup upravljanja banke gena zahtijeva stalno angažiranje određenih resursa, znatnijih tijekom njezine uspostave. Woelders i sur. (2003.) predlažu provedbu ''cost – benefit'' analize prije unošenja i korištenja genetskog materijala iz banke gena, radi učinkovitije raspodjele resursa. Uz to, s obzirom na obuhvat ili vrstu genetskog materijala koji se prikuplja i pohranjuje treba koristiti različite metodologije pohrane (različita tkiva i mjesta pohrane), kako bi se izbjegli eventualni rizici. Tijekom uspostave banke gena treba koristiti jeftinije i brže metode (somatsko staničje, spermu, zametke), kao i već deponirani genetski materijal, sukladno prioritetima (status ugroženosti, pojava bolesti, negativni populacijski trend, gubitak genetske varijabilnosti i drugo). Tijekom daljnjeg upravljanja bankom gena upotpunjava se genetski materijal u skladu s raspoloživim resursima i usvojenim kriterijima.

Istraživačka uloga banke gena

Banke gena nisu korisne samo za zaštitu ugroženih vrsta, one su također dragocjeni alat za znanstvena istraživanja. Znanstvenici su svjesni da će klimatske promjene značajno utjecati na biološku raznolikost biljaka i životinja te da će svaka vrsta različito reagirati na novonastale situacije. Neke će se moći prilagoditi ekstremnim vremenskim uvjetima, toplijoj atmosferi i predviđenim promjenjivim uvjetima tla, a znanstvenici se nadaju da će iz toga nešto moći naučiti. Izgrađujući banke gena, stvaraju se genski bazeni za istraživanje, s krajnjim ciljem razvijanja novih strategija za rješavanje budućih izazova u okolišu. 

KOLEKCIJE BANKE GENA I NJIHOVA FUNKCIJA

Germinativna tkiva – pohranjuju se biološki uzorci reproduktivnog materijala (sperma, embriji, jajne stanice) 
  • Podrška in situ očuvanju lokalnih / izvornih pasmina 
  • Dugoročna garancija očuvanja biološke raznolikosti 
  • Povećanje biološke raznolikosti 
  • Obnavljanje izgubljenih pasmina ili linija 
  • Uzgoj novih pasmina / linija 
  • Preusmjeravanje evolucije / selekcije 
  • Istraživačke studije genetske raznolikosti 
Genomske kolekcije – uključuju pohranu drugih bioloških materijala (DNK, krv, somatske stanice)
  • Istraživačke studije biološke raznolikosti 
  • Genotipske i fenotipske studije 
  • Mapiranje gena 
  • Utvrđivanje utjecaja selekcije

Tekst preuzet iz publikacije „Očuvanje biološke raznolikosti u stočarstvu“ Caput P., Ivanković A., Mioč B.