Technologia rekombinacji DNA – co to takiego?

Rekombinowane DNA lub rDNA to DNA, które jest tworzone przez połączenie DNA z różnych źródeł w procesie zwanym rekombinacją genetyczną. Często fragmenty DNA pochodzą z różnych organizmów. Ogólnie rzecz biorąc, DNA z różnych organizmów ma tę samą ogólną strukturę chemiczną. Z tego powodu możliwe jest tworzenie DNA z różnych źródeł poprzez łączenie nici.

Rekombinowane DNA ma liczne zastosowania w nauce i medycynie. Jednym z dobrze znanych zastosowań rekombinowanego DNA jest produkcja insuliny. Przed pojawieniem się tej technologii insulina pochodziła głównie od zwierząt. Dzisiaj insulinę można wydajniej wytwarzać przy użyciu organizmów takich jak E. coli i drożdże. Insulinę można wytwarzać przez wstawienie do tych organizmów genu insuliny pochodzącego od ludzi.

Proces rekombinacji genetycznej

W latach siedemdziesiątych naukowcy odkryli klasę enzymów, które odcinały DNA w określonych kombinacjach nukleotydów. Te enzymy są znane jako enzymy restrykcyjne. To odkrycie pozwoliło innym naukowcom wyizolować DNA z różnych źródeł i stworzyć pierwszą sztuczną cząsteczkę rDNA. Później nastąpiły inne odkrycia i obecnie istnieje wiele metod rekombinacji DNA.

Podczas gdy kilku naukowców odegrało kluczową rolę w opracowaniu tych procesów rekombinacji DNA, Peter Lobban, absolwent pod kierunkiem Dale Kaiser na Wydziale Biochemii Uniwersytetu Stanforda, jest zwykle uznawany za pierwszego, który zasugerował pomysł rekombinacji DNA. Inni w Stanford odegrali kluczową rolę w opracowaniu oryginalnych technik.

Chociaż mechanizmy mogą się znacznie różnić, ogólny proces rekombinacji genetycznej obejmuje następujące kroki:

#1 Identyfikuje się i izoluje określony gen (na przykład gen ludzki).

#2 Ten gen jest wstawiany do wektora. Wektor to mechanizm, za pomocą którego materiał genetyczny genu jest przenoszony do innej komórki. Plazmidy są przykładem powszechnego wektora.

#3 Wektor jest wstawiany do innego organizmu. Można to osiągnąć wieloma różnymi metodami przenoszenia genów, takimi jak sonikacja, mikroiniekcje i elektroporacja.

#4 Po wprowadzeniu wektora komórki posiadające rekombinowany wektor są izolowane, selekcjonowane i hodowane.

#5 Gen ulega ekspresji, aby ostatecznie można było zsyntetyzować pożądany produkt, zwykle w dużych ilościach.

Przykłady technologii rekombinacji DNA

Technologia rekombinacji DNA jest wykorzystywana w wielu zastosowaniach, w tym w szczepionkach, produktach spożywczych, produktach farmaceutycznych, testach diagnostycznych i uprawach modyfikowanych genetycznie.

Szczepionki

Szczepionki z białkami wirusowymi wytwarzanymi przez bakterie lub drożdże ze zrekombinowanych genów wirusowych są uważane za bezpieczniejsze niż te stworzone bardziej tradycyjnymi metodami i zawierające cząsteczki wirusa.

Inne produkty farmaceutyczne

Jak wspomniano wcześniej, insulina jest kolejnym przykładem zastosowania technologii rekombinacji DNA. Wcześniej insulinę pozyskiwano od zwierząt, głównie z trzustki świń i krów, ale użycie technologii rekombinacji DNA w celu wprowadzenia genu insuliny ludzkiej do bakterii lub drożdży ułatwia produkcję większych ilości.

Szereg innych produktów farmaceutycznych, takich jak antybiotyki i zamienniki ludzkiego białka, wytwarza się podobnymi metodami.

Produkty żywieniowe

Wiele produktów spożywczych jest wytwarzanych przy użyciu technologii rekombinacji DNA. Jednym z typowych przykładów jest enzym chymozyna, enzym używany do produkcji sera. Tradycyjnie występuje w podpuszczce, która jest przygotowywana z żołądków cieląt, ale produkcja chymozyny za pomocą inżynierii genetycznej jest znacznie łatwiejsza i szybsza (i nie wymaga zabijania młodych zwierząt). Obecnie większość sera produkowanego w Stanach Zjednoczonych jest wytwarzana z genetycznie zmodyfikowanej chymozyny.

Testy diagnostyczne

Technologia rekombinacji DNA jest również wykorzystywana w dziedzinie testów diagnostycznych. Wykorzystanie technologii rDNA przyniosło korzyści z testów genetycznych w szerokim zakresie chorób, takich jak mukowiscydoza i dystrofia mięśniowa.

Uprawy

Technologia rekombinacji DNA została wykorzystana do produkcji upraw odpornych na owady i herbicydy. Najpopularniejsze rośliny uprawne są odporne na stosowanie glifosatu, pospolitego środka chwastobójczego. Taka uprawa roślin nie jest pozbawiona problemów, ponieważ wiele osób kwestionuje długoterminowe bezpieczeństwo takich genetycznie modyfikowanych upraw.

Przyszłość manipulacji genetycznych

Naukowcy są podekscytowani przyszłością manipulacji genetycznej. Chociaż techniki na horyzoncie różnią się, wszystkie łączy precyzja, z jaką można manipulować genomem.

Jednym z takich przykładów jest CRISPR-Cas9. Jest to cząsteczka, która pozwala na bardzo precyzyjne wstawienie lub usuwanie DNA. CRISPR jest skrótem od “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”, podczas gdy Cas9 jest skrótem od “białka związanego z CRISPR 9”. W ciągu ostatnich kilku lat społeczność naukowa była podekscytowana perspektywami jego wykorzystania. Powiązane procesy są szybsze, dokładniejsze i tańsze niż inne metody.

Chociaż wiele postępów pozwala na bardziej precyzyjne techniki, podnoszone są również kwestie etyczne. Na przykład, skoro mamy technologię do zrobienia czegoś, czy to oznacza, że ​​powinniśmy to zrobić? Jakie są konsekwencje etyczne bardziej precyzyjnych testów genetycznych, zwłaszcza w odniesieniu do chorób genetycznych człowieka?

Od wczesnych prac Paula Berga, który zorganizował Międzynarodowy Kongres Rekombinowanych Molekuł DNA w 1975 r., do aktualnych wytycznych przedstawionych przez National Institutes of Health (NIH), podniesiono i rozwiązano szereg ważnych problemów etycznych, jednak wraz z postępem technologi pojawia się coraz więcej dylematów.

Bioetycy twierdzą, że nauka zawsze musi być zrównoważona etycznie, tak aby postęp był korzystny dla ludzkości, a nie szkodliwy.

 

Źródła: Regina Bailey / ThoughtCo.

5 Steps in Recombinant DNA Technology or rDNA Technology

The Invention Of Recombinant DNA Technology

NIH Guidelines

Zdjęcia: Pixabay

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x