7.6 – Bioteknologi og DNA teknologi – Kapitelresumé

Kapitelresumé

Bioteknologi er brugen af mikroorganismer, celler eller cellebestanddele til fremstilling af et produkt.

Nært beslægtede organismer, kan udveksle gener i naturlig rekombinering.
Gener kan overføres mellem ubeslægtede arter gennem laboratoriemanipulation, kaldet rDNA teknologi.
Rekombineret DNA, er DNA der er blevet kunstigt manipuleret for at kombinere gener fra to forskellige kilder.

Et ønsket gen, indsættes i en DNA vektor, som for eksempel et plasmid eller et viralt genom.
Vektoren indsætte DNA’et i en ny celle, der dyrkes for at danne en klon.
Store mængder af genproduktet kan høstes fra klonen.

Mikroorganismer med de ønskværdige træk, udvælges til dyrkning ved kunstig udvælgelse.

Mutagener anvendes til at forårsage mutationer, der kan medføre at en mikroorganisme får de ønskede træk.
Steddirigeret mutagenese, anvendes til at ændre et specifikt codon i et gen.

Færdigpakkede kits er tilgængelige til rDNA teknikker.
Et restriktionsenzym, genkender og skærer kun en bestemt nukleotidsekvens i DNA.
Nogle restriktionsenzymer danne klæbrige ender, korte sekvenser af enkeltstrenget DNA i enderne af DNA fragmenterne.
Fragmenter af DNA, fremstillet af det samme restriktionsenzym, vil spontant slutte sig til hinanden ved baseparring. DNA ligase, kan kovalent, binde DNA skeletterne sammen.

Vektorer, er DNA der anvendes til at overføre DNA mellem celler.
Et plasmid, indeholdende et nyt gen, kan indsættes i en celle ved transformation.
En virus, indeholdende et nyt gen, kan indsættes genet i en celles DNA.

Polymerasekædereaktion (PCR), anvendes til at producere flere kopier af et ønsket stykke DNA enzymatisk.
PCR kan anvendes til at øge mængden af DNA i prøver til detekterbare niveauer. Dette kan tillade sekventering af gener, diagnosticering af genetiske sygdomme eller påvisning af vira.

Celler kan optage nøgent DNA ved transformation. Kemiske behandlinger, anvendes til fremstilling af celler, der ikke naturligt er kompetente til at kunne optage DNA.
Porer lavet i protoplastre og animalske celler med en elektrisk strøm i processen med elektroporation, kan give adgang for nye stykker DNA.
Protoplastfusion, er sammenføjningen af celler, hvis cellevægge er blevet fjernet.
Fremmed DNA, kan indføres i planteceller, ved at skyde DNA coatede partikler ind i cellerne.
Fremmed DNA kan injiceres ind i dyreceller, ved hjælp af en meget tynd glasmikropipette.

Genomiske biblioteker, kan fremstilles ved at skære et helt genom op med restriktionsenzymer og indsætte fragmenter i bakterielle plasmider eller fager.
Komplementær DNA (cDNA) fremstillet ud fra mRNA ved omvendt transskription, kan klones i genomiske biblioteker.
Syntetisk DNA, kan fremstillen in vitro med en DNA syntesemaskine.

Antibiotikaresistensmarkører på plasmidvektorer, anvendes til at identificere celler, der indeholder den konstruerede vektor, ved direkte udvælgelse.
I blå-hvid screening, indeholder vektoren generne for amp^R og β-galactosidase.
Det ønskede gen indsættes i β-galactosidase genets sted og ødelægger genet.
Kloner der indeholder den rekombinerede vektor, vil være resistent over for ampicillin og være ude af stand til at hydrolysere X-gal (hvide kolonier). Kloner indeholdende vektoren uden det nye gen, vil være blå. Kloner der mangler vektoren, kan ikke vokse.
Kloner indeholdende fremmed DNA, kan testes for det ønskede genprodukt.
Et kort stykke mærket DNA, kaldet en DNA sonde, kan anvendes til at identificere kloner, der bærer det ønskede gen.

coli, anvendes til at producere proteiner under anvendelse af rDNA, fordi E. coli let kan dyrkes og dens genomik er godt forstået.
Det skal sikres at colis endotoksin ikke forurener et produkt, der er bestemt til humant brug.
For at udvinde produktet, skal coli lyseres, eller genet skal være knyttet til en gen, der producerer et naturligt sekreterende protein.
Gær kan modificeres genetisk og vil sandsynligvis udskille genproduktet kontinuerligt.
Genetisk modificerede pattedyrsceller, kan dyrkes for at producere proteiner, som for eksempel hormoner, til medicinsk brug.
Genetisk modificerede planteceller, kan dyrkes og anvendes til at danne planter med nye egenskaber.

Klonet DNA, anvendes til at fremstille produkter, studere det klonede DNA og ændre fænotypen på en organisme.

Syntetiske gener, forbundet med β-galactosidase (lacZ) i en plasmidvektor, er blevet indsat i coli, hvilket tillader E. coli at producere og udskille de to polypeptider, der anvendes til fremstilling af humant insulin.
Celler og vira, kan modificeres til frembringelse af et patogent overfladeprotein, der kan anvendes som en vaccine.
DNA vacciner består af rDNA klonet i bakterier.
Genterapi kan anvendes til at kurere genetiske sygdomme, ved at erstatte det defekte eller manglende gen.
RNAi, kan være nyttigt for at forhindre udtrykkelse af unormale gener.

Nukleotidsekvenser for genomer fra mere end 1.000 organismer, herunder mennesket, er afsluttet.
Dette fører til fastlæggelse af de proteiner, der dannes i en celle.

DNA kan anvendes til at øge forståelsen af DNA, til genetiske fingeraftryk og til genterapi.
Bioinformatik, er brugen af computerapplikationer for at studere genetiske data; proteomik er studiet af en celles proteiner.
Southern blotting, kan anvendes til at lokalisere et gen i en celle.
DNA sonder kan anvendes til hurtigt at identificere et patogen i kropsvæv eller fødevarer.
Retsmedicinske biologer bruger DNA fingeraftryk til at identificere kilden til bakterielle eller virale patogener.
Bakterier kan anvendes til at fremstille materialer i nano-størrelser til brug i nanoteknologien.

Celler fra planter med ønskelige karakteristika, kan klones til frembringelse af mange identiske celler. Disse celler, kan derefter anvendes til at fremstille hele planter, fra hvilke frø kan høstes.
Planteceller kan ændres ved hjælp af Ti-plasmidvektoren. Tumordannende T-gener, erstattes med de ønskede gener og rDNA indsættes i Agrobacterium. Bakterien transformerer dens planteværter.
Antisense DNA kan forhindre udtryk af uønskede proteiner.

Strenge sikkerhedsstandarder, bruges til at undgå utilsigtede udslip af genetisk modificerede mikroorganismer.
Nogle mikroorganismer der anvendes i rDNA kloning, er blevet ændret således, at de ikke kan overleve uden for laboratoriet.
Mikroorganismer der skal anvendes i miljøet, kan modificeres til at indeholde selvmordsgener, så organismerne ikke forbliver i miljøet.
Gentests, rejser en række etiske spørgsmål: Skal arbejdsgivere og forsikringsselskaber have adgang til en persons genetiske optegnelser? Vil nogle mennesker målrettes til enten avl eller sterilisering? Vil genetisk rådgivning være tilgængelig for alle?
Genetisk modificerede afgrøder, skal være sikre til forbrug og til frigivelse til miljøet.