Technologia Rekombinowanego DNA
Technologia Rekombinowanego DNA
Wszystkie organizmy na Ziemi wyewoluowały od wspólnego przodka, więc wszystkie organizmy używają DNA jako swojej cząsteczki dziedziczności. Na poziomie chemicznym, DNA jest takie samo, niezależnie od tego, czy pochodzi od mikroskopijnej bakterii, czy od płetwala błękitnego. W związku z tym DNA pochodzące z różnych organizmów może zostać „wycięte i wklejone” razem, w wyniku czego powstaje „rekombinowane DNA”. Pierwsza rekombinowana cząsteczka DNA została wyprodukowana w 1972 r. przez badacza z Uniwersytetu Stanforda Paula Berga. Berg połączył fragmenty DNA pochodzące z dwóch różnych wirusów za pomocą określonych enzymów: enzymów restrykcyjnych i ligazy. Enzymy restrykcyjne (takie jak EcoR1 na rysunku poniżej) są jak „molekularne nożyczki”, które tną DNA w określonych sekwencjach. Jeśli DNA z różnych źródeł jest cięte tym samym enzymem restrykcyjnym, odcięte końce mogą być połączone razem, a następnie zamknięte w ciągłą nić DNA przez enzym ligazę. W 1973 r. Herb Boyer (UCSF) i Stanley Cohen (Uniwersytet Stanforda) stworzyli pierwszy organizm zawierający rekombinowane DNA. Wspólnie wprowadzili oni do bakterii E.coli gen odporności na antybiotyki. Co ważne, wyprodukowali również bakterie zawierające geny ropuchy Xenopus laevis, co pokazało, że DNA pochodzące z bardzo różnych gatunków może być łączone. Paul Berg otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1980 r. „za fundamentalne badania biochemii kwasów nukleinowych, ze szczególnym uwzględnieniem rekombinowanego DNA”.
Możliwość wycinania, wklejania i kopiowania cząsteczek DNA była nie tylko przełomowym momentem dla badań naukowych, ale stworzyła cały przemysł oparty na inżynierii genetycznej. Genetech, pierwsza firma biotechnologiczna, została założona przez Herba Boyera w 1976 roku. Do roku 1982 FDA zatwierdziła pierwszy udany produkt firmy Genetech, syntetyczną formę ludzkiej insuliny produkowanej przez bakterie, które zostały zaprojektowane tak, aby zawierały gen insuliny.
Dzisiaj technologia rekombinowanego DNA jest szeroko stosowana w laboratoriach badawczych na całym świecie do badania niezliczonych pytań dotyczących struktury genów, ich funkcji, wzoru ekspresji, regulacji i wielu innych. Jedną z szeroko stosowanych aplikacji jest inżynieria genetyczna „knock-out” zwierząt (zazwyczaj myszy), które zawierają niefunkcjonalną formę danego genu. Celem takich eksperymentów jest określenie funkcji genu poprzez analizę konsekwencji brakującego genu. Chociaż myszy nokautujące są generowane w celu uzyskania odpowiedzi na pytania z wielu różnych dziedzin, są one szczególnie przydatne w biologii rozwojowej i doprowadziły do zrozumienia niektórych istotnych genów zaangażowanych w rozwój organizmu z pojedynczego zapłodnionego jaja.
Techniki rekombinacji DNA są również kamieniem węgielnym przemysłu biotechnologicznego. Jednym z przykładów jest generowanie genetycznie zmodyfikowanych roślin do produkcji toksyny owadobójczej zwanej toksyną Bt. Gen Bt pochodzi z bakterii zwanej Bacillus thuringiensis i wytwarza toksynę, która zakłóca pracę jelit u larw (gąsienic) niektórych owadów, które są szkodnikami upraw. Gen wytwarzający toksynę Bt jest wprowadzany do takich roślin za pomocą technologii rekombinacji DNA i powoduje selektywne zabijanie owadów żywiących się roślinami uprawnymi. Ten wynalazek miał duży wpływ na gospodarkę i zmniejszył wydatki na pestycydy stosowane w ciągu roku oraz zwiększył trwałość i powodzenie kilku upraw.
KLIKNIJ TUTAJ, aby dowiedzieć się więcej o organizmach transgenicznych
KLIKNIJ TUTAJ, aby dowiedzieć się więcej o biologii syntetycznej
KLIKNIJ TUTAJ, aby dowiedzieć się więcej o klonowaniu
KLIKNIJ TUTAJ, aby zapoznać się z analizą przypadku, która dotyczy jednego z problemów bezpieczeństwa biologicznego związanych z technologią rekombinacji DNA
.