Rekombinant DNA-teknik
Recombinant DNA-teknik
Alla organismer på jorden har utvecklats från en gemensam förfader, så alla organismer använder DNA som arvsmolekyl. På kemisk nivå är DNA detsamma oavsett om det tas från en mikroskopisk bakterie eller en blåval. Därför kan DNA från olika organismer ”klippas och klistras ihop”, vilket resulterar i ”rekombinant DNA”. Den första rekombinanta DNA-molekylen framställdes 1972 av Stanfordforskaren Paul Berg. Berg sammanfogade DNA-fragment från två olika virus med hjälp av särskilda enzymer: restriktionsenzymer och ligas. Restriktionsenzymer (t.ex. EcoR1 i figuren nedan) är som ”molekylära saxar” som klipper DNA vid specifika sekvenser. Om DNA från de olika källorna skärs av med samma restriktionsenzym kan de skurna ändarna sammanfogas och sedan förslutas till en kontinuerlig DNA-sträng med hjälp av enzymet ligas. År 1973 konstruerade Herb Boyer (UCSF) och Stanley Cohen (Stanford University) den första organismen som innehöll rekombinant DNA. Tillsammans införde de en gen för antibiotikaresistens i E.coli-bakterier. De framställde också bakterier som innehöll gener från paddan Xenopus laevis , vilket visade att DNA från mycket olika arter kunde kopplas samman. Paul Berg tilldelades Nobelpriset i kemi 1980 ”för sina grundläggande studier av nukleinsyrornas biokemi, med särskild hänsyn till rekombinant-DNA”.
Möjligheten att klippa, klistra in och kopiera DNA-molekyler var inte bara ett avgörande ögonblick för den vetenskapliga forskningen utan gav upphov till en hel industri som byggde på genteknik. Genetech, det första bioteknikföretaget, grundades 1976 av Herb Boyer. År 1982 godkände FDA Genetechs första framgångsrika produkt, en syntetisk form av mänskligt insulin som producerades av bakterier som konstruerats för att innehålla insulingenen.
I dag används rekombinant DNA-teknik i stor utsträckning i forskningslaboratorier över hela världen för att utforska otaliga frågor om geners struktur, funktion, uttrycksmönster, reglering och mycket mer. Ett vanligt användningsområde är att genetiskt manipulera ”knock-out”-djur (vanligtvis möss) så att de innehåller en icke-funktionell form av en viss gen av intresse. Målet med sådana experiment är att fastställa genens funktion genom att analysera konsekvenserna av den saknade genen. Även om knockout-möss genereras för att besvara frågor inom många olika områden är de särskilt användbara inom utvecklingsbiologin och har lett till en förståelse för några av de viktiga gener som är involverade i utvecklingen av en organism från ett enda befruktat ägg.
Tekniker med rekombinant DNA är också en hörnsten i den biotekniska industrin. Ett exempel är genereringen av genetiskt modifierade växter för att producera ett insektstoxin som kallas Bt-toxin. Bt-genen kommer från en bakterie som kallas Bacillus thuringiensis och producerar ett gift som stör tarmfunktionen hos larver (larver) av vissa insekter som är skadegörare för grödor. Den gen som producerar Bt-toxinet införs i sådana växter med hjälp av rekombinant DNA-teknik och leder till selektivt dödande av insekter som äter grödor. Denna utveckling har haft en stor ekonomisk inverkan och minskat kostnaderna för bekämpningsmedel som används per år och har ökat livslängden och framgången för flera grödor.
KLICKA HÄR för att lära dig mer om transgena organismer
KLICKA HÄR för att lära dig mer om syntetisk biologi
KLICKA HÄR för att lära dig mer om kloning
KLICKA HÄR för att se en fallstudie som tar upp ett av de biosäkerhetsrelaterade problemen med rekombinant DNA-teknik