Technologie rekombinantní DNA
Technologie rekombinantní DNA
Všechny organismy na Zemi se vyvinuly ze společného předka, takže všechny organismy používají DNA jako molekulu dědičnosti. Na chemické úrovni je DNA stejná, ať už je odebrána z mikroskopické bakterie nebo z modré velryby. V důsledku toho lze DNA z různých organismů „stříhat a lepit“ dohromady, čímž vzniká „rekombinantní DNA“. První rekombinantní molekulu DNA vytvořil v roce 1972 stanfordský výzkumník Paul Berg. Berg spojil fragmenty DNA ze dvou různých virů pomocí zvláštních enzymů: restrikčních enzymů a ligázy. Restrikční enzymy (např. EcoR1 na obrázku níže) jsou jako „molekulární nůžky“, které stříhají DNA v určitých sekvencích. Pokud se DNA z různých zdrojů přestřihne stejným restrikčním enzymem, lze přestřižené konce spojit a poté uzavřít do souvislého vlákna DNA pomocí enzymu ligázy. V roce 1973 vytvořili Herb Boyer (UCSF) a Stanley Cohen (Stanfordova univerzita) první organismus obsahující rekombinantní DNA. Společně vnesli do bakterie E.coli gen rezistence vůči antibiotikům. Pozoruhodné je, že vytvořili také bakterie, které obsahovaly geny z ropuchy Xenopus laevis , což ukázalo, že DNA z velmi odlišných druhů lze spojit dohromady. Paul Berg získal v roce 1980 Nobelovu cenu za chemii „za základní studie biochemie nukleových kyselin se zvláštním zřetelem k rekombinantní DNA“.
Schopnost stříhat, vkládat a kopírovat molekuly DNA byla nejen přelomovým okamžikem pro vědecký výzkum, ale dala vzniknout celému průmyslu postavenému na genovém inženýrství. První biotechnologickou společnost Genetech založil v roce 1976 Herb Boyer. V roce 1982 schválila FDA první úspěšný produkt společnosti Genetech, syntetickou formu lidského inzulínu vyráběnou bakteriemi, které byly upraveny tak, aby obsahovaly gen pro inzulín.
Dnes se technologie rekombinantní DNA široce používá ve výzkumných laboratořích po celém světě ke zkoumání nesčetných otázek týkajících se struktury, funkce, způsobu exprese, regulace genů a mnoha dalších. Jedna z hojně využívaných aplikací zahrnuje genetické inženýrství „knock-out“ zvířat (obvykle myší), která obsahují nefunkční formu určitého genu, který je předmětem zájmu. Cílem takových experimentů je určit funkci genu analýzou důsledků chybějícího genu. I když jsou knockoutované myši vytvářeny k zodpovězení otázek v mnoha různých oblastech, jsou obzvláště užitečné ve vývojové biologii a vedly k pochopení některých základních genů, které se podílejí na vývoji organismu z jediného oplozeného vajíčka.
Techniky rekombinantní DNA jsou také základním kamenem biotechnologického průmyslu. Jedním z příkladů je generování geneticky upravených rostlin pro produkci hmyzího toxinu zvaného Bt toxin. Gen Bt je odvozen z bakterie zvané Bacillus thuringiensis a produkuje toxin, který narušuje funkci střev u larev (housenek) určitého hmyzu, který je škůdcem zemědělských plodin. Gen produkující Bt toxin se do těchto rostlin vnáší pomocí rekombinantní technologie DNA a vede k selektivnímu hubení hmyzu, který se živí plodinami. Tento vývoj měl velký ekonomický dopad a snížil výdaje na pesticidy používané ročně a zvýšil životnost a úspěšnost několika plodin.
Klikněte ZDE pro více informací o transgenních organismech
Klikněte ZDE pro více informací o syntetické biologii
Klikněte ZDE pro více informací o klonování
Klikněte ZDE pro případovou studii, která se zabývá jedním z problémů biologické bezpečnosti technologie rekombinantní DNA
.