Wat is Recombinant DNA-technologie?

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 van verschillende organismen. Over het algemeen heeft DNA van verschillende organismen dezelfde chemische algemene 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 opeenvolging van DNA te creëren.
• Recombinante DNA-technologie wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen, van vaccinproductie tot de productie van genetisch gemodificeerde gewassen.
• Naarmate recombinant-DNA-technologie vordert, moet techniekprecisie worden afgewogen tegen ethische zorgen.

Recombinant DNA heeft talloze toepassingen in wetenschap en geneeskunde. Een bekend gebruik van recombinant-DNA is de productie van insuline. Voorafgaand aan de komst van deze technologie was insuline grotendeels afkomstig van dieren. Insuline kan nu efficiënter worden geproduceerd door organismen zoals E. coli en gist te gebruiken. Door het inbrengen van het 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 van enzymen die DNA in specifieke nucleotide-combinaties afsneden. Deze enzymen staan ​​bekend als restrictie-enzymen. Door die ontdekking konden andere wetenschappers DNA uit verschillende bronnen isoleren en het eerste kunstmatige rDNA-molecuul maken. Andere ontdekkingen volgden en vandaag bestaan ​​er een aantal methoden om DNA te combineren.

Hoewel verschillende wetenschappers een rol hebben gespeeld bij de ontwikkeling van deze recombinant-DNA-processen, wordt Peter Lobban, een afgestudeerde student onder toezicht van Dale Kaiser van de afdeling Biochemie van Stanford University, meestal gecrediteerd als de eerste die het idee van recombinant-DNA suggereert. Anderen bij Stanford waren behulpzaam bij het ontwikkelen van de originele technieken die werden gebruikt.

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 een vector. Een vector is het mechanisme waarmee het genetische materiaal van het gen in een andere cel wordt gebracht. Plasmiden zijn een voorbeeld van een algemene vector.
3. De vector wordt ingevoegd in een ander organisme. Dit kan worden bereikt door een aantal verschillende methoden voor genoverdracht, zoals ultrasoonapparaat, micro-injecties en elektroporatie.
4. Na de introductie van de vector worden cellen met de recombinante vector 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

Recombinante DNA-technologie wordt gebruikt in een aantal toepassingen, waaronder vaccins, voedselproducten, farmaceutische producten, diagnostische testen en genetisch gemodificeerde gewassen. 

vaccins

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

Andere farmaceutische producten

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

Een aantal andere farmaceutische producten, zoals antibiotica en humane eiwitvervangers, worden volgens vergelijkbare methoden geproduceerd.

Etenswaren

Een aantal voedingsproducten wordt geproduceerd met behulp van recombinant-DNA-technologie. Een veel voorkomend voorbeeld is het chymosine-enzym, een enzym dat wordt gebruikt bij het maken van kaas. Traditioneel wordt het aangetroffen in stremsel dat wordt bereid uit de maag van kalveren, maar het produceren van chymosine door genetische manipulatie is veel eenvoudiger en sneller (en vereist geen doden van jonge dieren). Tegenwoordig wordt het grootste deel van de in de Verenigde Staten geproduceerde kaas gemaakt met genetisch gemodificeerde chymosine.

Diagnostisch testen

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

gewassen

Recombinante DNA-technologie is gebruikt om zowel insecten- als herbicideresistente gewassen te produceren. De meest voorkomende herbicideresistente gewassen zijn resistent tegen de toepassing van glyfosaat, een veel voorkomende onkruidverdelger. Een dergelijke gewasproductie is niet zonder probleem, aangezien velen de veiligheid op de 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 technieken aan de horizon verschillen, hebben ze allemaal de precisie gemeen waarmee het genoom kan worden gemanipuleerd.

Een voorbeeld hiervan is CRISPR-Cas9. Is is een molecule waarmee DNA op een uiterst precieze manier kan worden ingebracht of verwijderd. CRISPR is een afkorting voor "Clustered RegularterSters Palacrome Repeats", terwijl Cas9 staat voor "CRISPR-geassocieerd eiwit 9". 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.

Hoewel veel van de vorderingen preciezere technieken mogelijk maken, worden ook ethische vragen gesteld. Omdat we bijvoorbeeld de technologie hebben om iets te doen, betekent dat dan dat we het moeten doen? Wat zijn de ethische implicaties van preciezere genetische tests, vooral als het gaat om menselijke genetische ziekten?

Van het vroege werk van Paul Berg, die het internationale congres over recombinante DNA-moleculen in 1975 organiseerde, tot de huidige richtlijnen van de National Institutes of Health (NIH), een aantal geldige ethische zorgen zijn naar voren gebracht en aangepakt.

De NIH-richtlijnen merken op dat ze "veiligheidspraktijken en insluitingsprocedures beschrijven voor fundamenteel en klinisch onderzoek waarbij recombinante of synthetische nucleïnezuurmoleculen betrokken zijn, inclusief de oprichting en het gebruik van organismen en virussen die recombinante of synthetische nucleïnezuurmoleculen bevatten." De richtlijnen zijn bedoeld om onderzoekers juiste gedragsrichtlijnen te geven voor het uitvoeren van onderzoek op dit gebied.

Bio-ethici beweren dat de wetenschap altijd ethisch in evenwicht moet zijn, zodat vooruitgang de mensheid ten goede komt, 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 Technology LSF Magazine Medium." Medium, LSF Magazine, 12 november 2015, medium.com/lsf-magazine/the-invention-of-recombinant-dna-technology-e040a8a1fa22.
• "NIH Guidelines - Office of Science Policy." National Institutes of Health, U.S. Department of Health and Human Services, osp.od.nih.gov/biotechnology/nih-guidelines/.