Rekombinantti-DNA-teknologia
Rekombinantti-DNA-teknologia
Kaikki eliöt maapallolla ovat kehittyneet yhteisestä esi-isästä, joten kaikki eliöt käyttävät DNA:ta perintömolekyylinään. Kemiallisella tasolla DNA on sama riippumatta siitä, onko se otettu mikroskooppisesta bakteerista vai sinivalaasta. Tämän vuoksi eri organismeista peräisin olevaa DNA:ta voidaan ”leikata ja liittää” yhteen, jolloin syntyy ”rekombinantti-DNA”. Ensimmäisen rekombinantti-DNA-molekyylin tuotti Stanfordin tutkija Paul Berg vuonna 1972. Berg liitti yhteen kahdesta eri viruksesta peräisin olevia DNA-pätkiä tiettyjen entsyymien, restriktioentsyymien ja ligaasin, avulla. Restriktioentsyymit (kuten EcoR1 alla olevassa kuvassa) ovat kuin ”molekyylisakset”, jotka leikkaavat DNA:ta tietyistä kohdista. Jos eri lähteistä peräisin olevaa DNA:ta leikataan samalla restriktioentsyymillä, leikatut päät voidaan liittää toisiinsa ja sulkea sitten jatkuvaksi DNA-juosteeksi ligaasientsyymin avulla. Vuonna 1973 Herb Boyer (UCSF) ja Stanley Cohen (Stanfordin yliopisto) kehittivät ensimmäisen organismin, joka sisälsi rekombinantti-DNA:ta. Yhdessä he toivat antibioottiresistenssigeenin E.coli-bakteeriin. He tuottivat myös bakteereja, jotka sisälsivät Xenopus laevis -rupikonnan geenejä, mikä osoitti, että hyvin eri lajeista peräisin olevaa DNA:ta voidaan liittää yhteen. Paul Bergille myönnettiin vuoden 1980 kemian Nobel-palkinto ”hänen perustavanlaatuisista tutkimuksistaan nukleiinihappojen biokemiasta, erityisesti rekombinantti-DNA:n osalta”.
Kyky leikata, liittää ja kopioida DNA-molekyylejä ei ollut ainoastaan käänteentekevä hetki tieteelliselle tutkimukselle, vaan synnytti kokonaisen geenitekniikkaan perustuvan teollisuudenalan. Herb Boyer perusti Genetechin, ensimmäisen bioteknologiayrityksen, vuonna 1976. Vuonna 1982 FDA hyväksyi Genetechin ensimmäisen menestyksekkään tuotteen, ihmisen insuliinin synteettisen muodon, jota tuotettiin bakteereilla, jotka oli muokattu sisältämään insuliinigeenin.
Tänä päivänä rekombinantti-DNA-teknologiaa käytetään laajalti tutkimuslaboratorioissa kaikkialla maailmassa tutkimaan lukemattomia kysymyksiä geenien rakenteesta, toiminnasta, ilmentymismallista, säätelystä ja paljon muuta. Yksi laajalti käytetty sovellus käsittää geneettisesti muunnetut ”knock-out”-eläimet (yleensä hiiret), jotka sisältävät tietyn kiinnostavan geenin toimintakyvyttömän muodon. Tällaisten kokeiden tavoitteena on määrittää geenin toiminta analysoimalla puuttuvan geenin seurauksia. Vaikka knockout-hiiriä luodaan vastaamaan kysymyksiin monilla eri aloilla, ne ovat erityisen hyödyllisiä kehitysbiologiassa, ja ne ovat johtaneet ymmärrykseen joistakin olennaisista geeneistä, jotka osallistuvat organismin kehittymiseen yhdestä hedelmöittyneestä munasolusta.
Rekombinantti-DNA-tekniikat ovat myös bioteknologiateollisuuden kulmakivi. Yksi esimerkki on geneettisesti muunnettujen kasvien tuottaminen hyönteismyrkkyä nimeltä Bt-toksiini. Bt-geeni on peräisin Bacillus thuringiensis -nimisestä bakteerista, ja se tuottaa toksiinia, joka häiritsee tiettyjen viljelykasvien tuholaisina esiintyvien hyönteisten toukkien (toukkien) suoliston toimintaa. Bt-toksiinia tuottava geeni siirretään tällaisiin kasveihin rekombinantti-DNA-tekniikalla, mikä johtaa viljelykasveja syövien hyönteisten valikoivaan tappamiseen. Tällä kehityksellä on ollut merkittäviä taloudellisia vaikutuksia, sillä se on vähentänyt vuosittain käytettävien torjunta-aineiden kustannuksia ja lisännyt useiden viljelykasvien pitkäikäisyyttä ja menestystä.
KATSO TÄSTÄ lisätietoja siirtogeenisistä organismeista
KATSO TÄSTÄ lisätietoja synteettisestä biologiasta
KATSO TÄSTÄ lisätietoja kloonauksesta
KATSO TÄSTÄ tapaustutkimus, joka käsittelee yhtä rekombinantti-DNA:n tekniikkaan liittyvää biologisen turvallisuuden huolenaihetta.