Recombinant-DNA-technologie
Recombinant-DNA-technologie
Alle organismen op aarde zijn geëvolueerd uit een gemeenschappelijke voorouder, en dus gebruiken alle organismen DNA als hun erfelijkheidsmolecuul. Op chemisch niveau is DNA hetzelfde, of het nu afkomstig is van een microscopisch bacterie of van een blauwe vinvis. Bijgevolg kan DNA van verschillende organismen aan elkaar worden “geknipt en geplakt”, wat resulteert in “recombinant-DNA”. De eerste recombinant-DNA-molecule werd in 1972 geproduceerd door Stanford-onderzoeker Paul Berg. Berg voegde DNA-fragmenten van twee verschillende virussen samen met behulp van bepaalde enzymen: restrictie-enzymen en ligase. Beperkingsenzymen (zoals EcoR1 in de onderstaande figuur) zijn als het ware “moleculaire scharen” die het DNA op specifieke plaatsen afknippen. Als het DNA van de verschillende bronnen met hetzelfde restrictie-enzym wordt doorgeknipt, kunnen de doorgeknipte uiteinden worden samengevoegd en vervolgens door het enzym ligase tot een ononderbroken DNA-streng worden gesloten. In 1973 werd het eerste organisme dat recombinant DNA bevatte, ontwikkeld door Herb Boyer (UCSF) en Stanley Cohen (Stanford University). Samen brachten zij een antibioticaresistentiegen in E.coli-bacteriën in. Zij produceerden ook bacteriën die genen bevatten van de pad Xenopus laevis, waaruit bleek dat DNA van zeer verschillende soorten aan elkaar kon worden gesplitst. Paul Berg kreeg de Nobelprijs voor scheikunde van 1980 “voor zijn fundamentele studies van de biochemie van nucleïnezuren, in het bijzonder met betrekking tot recombinant-DNA”.
De mogelijkheid om DNA-moleculen te knippen, plakken en kopiëren was niet alleen een keerpunt voor wetenschappelijk onderzoek, maar heeft ook een hele industrie op gang gebracht die is gebaseerd op genetische manipulatie. Genetech, het eerste biotechnologiebedrijf, werd in 1976 opgericht door Herb Boyer. In 1982 keurde de FDA het eerste succesvolle product van Genetech goed, een synthetische vorm van menselijke insuline, geproduceerd door bacteriën die zo waren gemanipuleerd dat ze het insulinegen bevatten.
Heden ten dage wordt recombinant-DNA-technologie op grote schaal gebruikt in onderzoekslaboratoria over de hele wereld om talloze vragen te onderzoeken over genstructuur, functie, expressiepatroon, regulering en nog veel meer. Eén veel gebruikte toepassing omvat het genetisch “knock-out” maken van dieren (meestal muizen) om een niet-functionele vorm van een bepaald gen van belang te bevatten. Het doel van dergelijke experimenten is het bepalen van de genfunctie door het analyseren van de gevolgen van het ontbrekende gen. Hoewel knock-out muizen worden gegenereerd om vragen op vele verschillende gebieden te beantwoorden, zijn zij bijzonder nuttig in de ontwikkelingsbiologie en hebben zij geleid tot inzicht in sommige van de essentiële genen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van een organisme uit een enkele bevruchte eicel.
Recombinant-DNA-technieken zijn ook een hoeksteen van de biotechnologie-industrie. Een voorbeeld is het genereren van genetisch gemanipuleerde planten om een insectengif te produceren dat Bt-toxine wordt genoemd. Het Bt-gen is afkomstig van een bacterie genaamd Bacillus thuringiensis en produceert een toxine dat de darmfunctie verstoort in de larven (rupsen) van bepaalde insecten die schadelijk zijn voor de gewassen. Het gen dat het Bt-toxine produceert, wordt door middel van recombinant-DNA-technologie in dergelijke planten ingebracht, en leidt tot de selectieve doding van insecten die de gewassen voeden. Deze ontwikkeling heeft een grote economische impact gehad en heeft de uitgaven aan pesticiden die per jaar worden gebruikt, verminderd en de levensduur en het succes van verschillende gewassen vergroot.
CLICK HIER voor meer informatie over transgene organismen
CLICK HIER voor meer informatie over synthetische biologie
CLICK HIER voor meer informatie over klonen
CLICK HIER voor een casestudy die een van de bioveiligheidsproblemen van recombinant-DNA-technologie behandelt