Wat is recombinant-DNA-technologie?

DNA. MR.Cole_Photographer/Moment/Getty Images

Recombinant DNA, of rDNA, is DNA dat wordt gevormd door DNA uit verschillende bronnen te combineren via een proces dat genetische recombinatie wordt genoemd. Vaak zijn de bronnen afkomstig van verschillende organismen. In het algemeen, DNA van verschillende organismen heeft dezelfde algemene chemische structuur. Om deze reden is het mogelijk om DNA uit verschillende bronnen te maken door strengen te combineren.

Belangrijkste leerpunten

• Recombinant-DNA-technologie combineert DNA uit verschillende bronnen om een ​​andere DNA-sequentie te creëren.
• Recombinant-DNA-technologie wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen, van vaccinproductie tot de productie van genetisch gemanipuleerde gewassen.
• Naarmate de recombinant-DNA-technologie vordert, moet de precisie van de techniek worden afgewogen tegen ethische overwegingen.

Recombinant DNA heeft talloze toepassingen in wetenschap en geneeskunde. Een bekend gebruik van recombinant DNA is bij de productie vaninsuline. Vóór de komst van deze technologie was insuline grotendeels afkomstig van dieren. Insuline kan nu efficiënter worden geproduceerd door gebruik te maken van organismen als E. coli en gist. Door het invoegen van de gen voor insuline van mensen in deze organismen kan insuline worden geproduceerd.

Het proces van genetische recombinatie

In de jaren zeventig vonden wetenschappers een klasse enzymen die DNA in specifieke nucleotide combinaties. Deze enzymen staan ​​bekend als restrictie-enzymen. Die ontdekking stelde andere wetenschappers in staat DNA uit verschillende bronnen te isoleren en het eerste kunstmatige rDNA-molecuul te creëren. Andere ontdekkingen volgden en tegenwoordig bestaan ​​er een aantal methoden om DNA te recombineren.

Hoewel verschillende wetenschappers een belangrijke rol speelden bij het ontwikkelen van deze recombinant-DNA-processen, wordt Peter Lobban, een afgestudeerde student onder de voogdij van Dale Kaiser aan de afdeling biochemie van Stanford University, gewoonlijk gecrediteerd als de eerste die het idee van recombinant DNA suggereerde. Anderen bij Stanford waren behulpzaam bij het ontwikkelen van de originele gebruikte technieken.

Hoewel mechanismen sterk kunnen verschillen, omvat het algemene proces van genetische recombinatie de volgende stappen.

1. Een specifiek gen (bijvoorbeeld een menselijk gen) wordt geïdentificeerd en geïsoleerd.
2. Dit gen wordt ingevoegd in a vector . Een vector is het mechanisme waarmee het genetische materiaal van het gen naar een andere cel wordt getransporteerd. Plasmiden zijn een voorbeeld van een gemeenschappelijke vector.
3. De vector wordt in een ander organisme ingebracht. Dit kan worden bereikt door een aantal verschillende genoverdracht methoden zoals ultrasoonapparaat, micro-injecties en elektroporatie.
4. Na de introductie van de vector worden cellen die de recombinante vector hebben geïsoleerd, geselecteerd en gekweekt.
5. Het gen wordt tot expressie gebracht zodat het gewenste product uiteindelijk kan worden gesynthetiseerd, meestal in grote hoeveelheden.

Voorbeelden van recombinant-DNA-technologie

rDNA-voorbeelden. red_moon_rise/E+/Getty Images

Recombinant-DNA-technologie wordt gebruikt in een aantal toepassingen, waaronder vaccins, voedingsproducten, farmaceutische producten, diagnostische tests en genetisch gemanipuleerde gewassen.

Vaccins

Vaccins met virale eiwitten geproduceerd door bacteriën of gist van gerecombineerde virale genen worden als veiliger beschouwd dan die welke met meer traditionele methoden zijn gemaakt en bevatten virale deeltjes .

Andere farmaceutische producten

Zoals eerder vermeld, is insuline een ander voorbeeld van het gebruik van recombinant-DNA-technologie. Voorheen werd insuline verkregen uit dieren, voornamelijk uit de alvleesklier van varkens en koeien, maar door gebruik te maken van recombinant-DNA-technologie om het humane insulinegen in bacteriën of gisten in te brengen, is het eenvoudiger om grotere hoeveelheden te produceren.

Een aantal andere farmaceutische producten, zoals:antibioticaen menselijke eiwitvervangingen, worden geproduceerd met vergelijkbare werkwijzen.

Etenswaren

Een aantal voedingsproducten wordt geproduceerd met behulp van recombinant-DNA-technologie. Een bekend voorbeeld is het chymosine-enzym, een enzym gebruikt bij het maken van kaas. Traditioneel wordt het aangetroffen in stremsel dat wordt bereid uit de magen van kalveren, maar de productie van chymosine door middel van genetische manipulatie is veel gemakkelijker en sneller (en vereist het doden van jonge dieren niet). Tegenwoordig wordt een meerderheid van de kaas die in de Verenigde Staten wordt geproduceerd, gemaakt met genetisch gemodificeerd chymosine.

Diagnostische tests

Recombinant-DNA-technologie wordt ook gebruikt in het diagnostische testveld. Genetische tests voor een breed scala aan aandoeningen, zoals cystische fibrose en spierdystrofie, hebben geprofiteerd van het gebruik van rDNA-technologie.

Gewassen

Recombinant-DNA-technologie is gebruikt om zowel insecten- als herbicideresistente gewassen te produceren. De meest voorkomende herbicide-resistente gewassen zijn resistent tegen de toepassing van glyfosaat, een veel voorkomende onkruidverdelger. Dergelijke gewasproductie is niet zonder problemen, aangezien velen de veiligheid op lange termijn van dergelijke genetisch gemanipuleerde gewassen in twijfel trekken.

De toekomst van genetische manipulatie

Wetenschappers zijn enthousiast over de toekomst van genetische manipulatie. Hoewel de technieken aan de horizon verschillen, hebben ze allemaal de precisie waarmee het genoom kan worden gemanipuleerd gemeen.

CRISPR-Cas9

Een voorbeeld hiervan is CRISPR-Cas9. Dit is een molecuul waarmee op een uiterst nauwkeurige manier DNA kan worden ingebracht of verwijderd. CRISPR is een acroniem voor 'Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats', terwijl Cas9 een afkorting is voor 'CRISPR-geassocieerd eiwit 9'. In de afgelopen jaren is de wetenschappelijke gemeenschap enthousiast over de vooruitzichten voor het gebruik ervan. Bijbehorende processen zijn sneller, nauwkeuriger en goedkoper dan andere methoden.

Ethische vragen

Hoewel veel van de vorderingen preciezere technieken mogelijk maken, worden er ook ethische vragen gesteld. Bijvoorbeeld, omdat we de technologie hebben om iets te doen, betekent dat dan dat we het moeten doen? Wat zijn de ethische implicaties van nauwkeuriger genetisch testen, met name als het gaat om menselijke genetische ziekten?

Vanaf het vroege werk van Paul Berg, die in 1975 het International Congress on Recombinant DNA Molecules organiseerde, tot de huidige richtlijnen die zijn opgesteld door de National Institutes of Health (NIH), zijn een aantal geldige ethische bezwaren naar voren gebracht en aangepakt.

NIH-richtlijnen

De NIH-richtlijnen merken op dat ze 'veiligheidspraktijken en inperkingsprocedures voor fundamenteel en klinisch onderzoek met recombinant of synthetisch' beschrijven nucleïnezuur moleculen , met inbegrip van de creatie en het gebruik van organismen en virussen die recombinante of synthetische nucleïnezuurmoleculen bevatten.' De richtlijnen zijn bedoeld om onderzoekers goede gedragsrichtlijnen te geven voor het doen van onderzoek op dit gebied.

Bio-ethici beweren dat wetenschap altijd ethisch in evenwicht moet zijn, zodat vooruitgang gunstig is voor de mensheid, in plaats van schadelijk.

bronnen

• Kochunni, Deena T en Jazir Haneef. 5 stappen in recombinant-DNA-technologie of RDNA-technologie. 5 stappen in recombinant-DNA-technologie of RDNA-technologie ~, www.biologyexams4u.com/2013/10/steps-in-recombinant-dna-technology.html.
• Levenswetenschappen. De uitvinding van recombinant-DNA-technologie LSF Magazine Medium. Medium, LSF Magazine, 12 november 2015, medium.com/lsf-magazine/the-invention-of-recombinant-dna-technology-e040a8a1fa22.
• NIH-richtlijnen - Bureau voor Wetenschapsbeleid. National Institutes of Health, U.S. Department of Health and Human Services, osp.od.nih.gov/biotechnology/nih-guidelines/.