Hva er rekombinant DNA-teknologi?

DNA. MR.Cole_Photographer/Moment/Getty Images

Rekombinant DNA, eller rDNA, er DNA som dannes ved å kombinere DNA fra forskjellige kilder gjennom en prosess som kalles genetisk rekombinasjon. Ofte er kildene fra forskjellige organismer. Generelt sett, DNA fra forskjellige organismer har samme generelle kjemiske struktur. Av denne grunn er det mulig å lage DNA fra forskjellige kilder ved å kombinere tråder.

Viktige takeaways

• Rekombinant DNA-teknologi kombinerer DNA fra forskjellige kilder for å lage en annen DNA-sekvens.
• Rekombinant DNA-teknologi brukes i et bredt spekter av bruksområder fra vaksineproduksjon til produksjon av genmanipulerte avlinger.
• Etter hvert som rekombinant DNA-teknologi skrider frem, må teknikkpresisjon balanseres av etiske hensyn.

Rekombinant DNA har mange anvendelser innen vitenskap og medisin. En velkjent bruk av rekombinant DNA er i produksjonen avinsulin. Før denne teknologien kom, kom insulin i stor grad fra dyr. Insulin kan nå produseres mer effektivt ved å bruke organismer som E. coli og gjær. Ved å sette inn genet for insulin fra mennesker i disse organismene kan insulin produseres.

Prosessen med genetisk rekombinasjon

På 1970-tallet fant forskere en klasse enzymer som kuttet DNA spesifikt nukleotid kombinasjoner. Disse enzymene er kjent som restriksjonsenzymer. Denne oppdagelsen tillot andre forskere å isolere DNA fra forskjellige kilder og lage det første kunstige rDNA-molekylet. Andre funn fulgte, og i dag finnes det en rekke metoder for å rekombinere DNA.

Mens flere forskere var medvirkende til å utvikle disse rekombinante DNA-prosessene, blir Peter Lobban, en doktorgradsstudent under veiledning av Dale Kaiser ved Biochemistry Department ved Stanford University, vanligvis kreditert for å være den første som foreslår ideen om rekombinant DNA. Andre på Stanford var medvirkende til å utvikle de originale teknikkene som ble brukt.

Mens mekanismer kan variere mye, involverer den generelle prosessen med genetisk rekombinasjon følgende trinn.

1. Et spesifikt gen (for eksempel et menneskegen) blir identifisert og isolert.
2. Dette genet settes inn i en vektor . En vektor er mekanismen som det genetiske materialet til genet bæres inn i en annen celle. Plasmider er et eksempel på en vanlig vektor.
3. Vektoren settes inn i en annen organisme. Dette kan oppnås ved en rekke forskjellige genoverføring metoder som sonikering, mikroinjeksjoner og elektroporering.
4. Etter introduksjonen av vektoren blir celler som har den rekombinante vektoren isolert, selektert og dyrket.
5. Genet uttrykkes slik at det ønskede produktet til slutt kan syntetiseres, vanligvis i store mengder.

Eksempler på rekombinant DNA-teknologi

rDNA eksempler. red_moon_rise/E+/Getty Images

Rekombinant DNA-teknologi brukes i en rekke bruksområder, inkludert vaksiner, matvarer, farmasøytiske produkter, diagnostiske tester og genmanipulerte avlinger.

Vaksiner

Vaksiner med virale proteiner produsert av bakterie eller gjær fra rekombinerte virale gener anses å være tryggere enn de som er laget med mer tradisjonelle metoder og inneholder virale partikler .

Andre farmasøytiske produkter

Som nevnt tidligere er insulin et annet eksempel på bruk av rekombinant DNA-teknologi. Tidligere ble insulin hentet fra dyr, først og fremst fra bukspyttkjertelen til griser og kuer, men å bruke rekombinant DNA-teknologi for å sette inn det humane insulingenet i bakterier eller gjær gjør det enklere å produsere større mengder.

En rekke andre farmasøytiske produkter, somantibiotikaog humane proteinerstatninger, produseres ved lignende metoder.

Matvarer

En rekke matvarer produseres ved hjelp av rekombinant DNA-teknologi. Et vanlig eksempel er chymosin-enzymet, an enzym brukes til å lage ost. Tradisjonelt finnes det i løpe som er tilberedt fra magen til kalver, men å produsere chymosin gjennom genteknologi er mye enklere og raskere (og krever ikke avliving av unge dyr). I dag er et flertall av osten som produseres i USA laget med genmodifisert chymosin.

Diagnostisk testing

Rekombinant DNA-teknologi brukes også i det diagnostiske testfeltet. Genetisk testing for et bredt spekter av tilstander, som cystisk fibrose og muskeldystrofi, har dratt nytte av bruken av rDNA-teknologi.

Avlinger

Rekombinant DNA-teknologi har blitt brukt til å produsere både insekt- og herbicidresistente avlinger. De vanligste ugressmiddelresistente avlingene er motstandsdyktige mot påføring av glyfosat, en vanlig ugressmiddel. Slik avlingsproduksjon er ikke uten problem, da mange stiller spørsmål ved den langsiktige sikkerheten til slike genmanipulerte avlinger.

Fremtiden for genetisk manipulasjon

Forskere er spente på fremtiden for genetisk manipulasjon. Mens teknikker i horisonten er forskjellige, har alle til felles presisjonen som genomet kan manipuleres med.

CRISPR-Cas9

Et slikt eksempel er CRISPR-Cas9. Dette er et molekyl som tillater innsetting eller sletting av DNA på en ekstremt presis måte. CRISPR er et akronym for 'Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats' mens Cas9 er en forkortelse for 'CRISPR assosiert protein 9'. I løpet av de siste årene har det vitenskapelige samfunnet vært begeistret for utsiktene for bruken. Tilknyttede prosesser er raskere, mer presise og rimeligere enn andre metoder.

Etiske spørsmål

Mens mye av fremskrittene åpner for mer presise teknikker, reises også etiske spørsmål. For eksempel, fordi vi har teknologien til å gjøre noe, betyr det at vi bør gjøre det? Hva er de etiske implikasjonene av mer presis genetisk testing, spesielt når det gjelder menneskelige genetiske sykdommer?

Fra det tidlige arbeidet til Paul Berg som organiserte den internasjonale kongressen om rekombinante DNA-molekyler i 1975, til de gjeldende retningslinjene som er satt av The National Institutes of Health (NIH), har en rekke gyldige etiske bekymringer blitt tatt opp og adressert.

NIH retningslinjer

NIH-retningslinjene merker at de 'detaljerer sikkerhetspraksis og inneslutningsprosedyrer for grunnleggende og klinisk forskning som involverer rekombinant eller syntetisk nukleinsyremolekyler , inkludert dannelse og bruk av organismer og virus som inneholder rekombinante eller syntetiske nukleinsyremolekyler.' Retningslinjene er utformet for å gi forskere forsvarlige retningslinjer for oppførsel for å drive forskning på dette feltet.

Bioetikere hevder at vitenskap alltid må være etisk balansert, slik at fremskritt er fordelaktig for menneskeheten, snarere enn skadelig.

Kilder

• Kochunni, Deena T og Jazir Haneef. 5 trinn i rekombinant DNA-teknologi eller RDNA-teknologi. 5 trinn i rekombinant DNA-teknologi eller RDNA-teknologi ~, www.biologyexams4u.com/2013/10/steps-in-recombinant-dna-technology.html.
• Livsvitenskap. Oppfinnelsen av rekombinant DNA-teknologi LSF Magazine Medium. Medium, LSF Magazine, 12. november 2015, medium.com/lsf-magazine/the-invention-of-recombinant-dna-technology-e040a8a1fa22.
• NIH retningslinjer - Office of Science Policy. National Institutes of Health, U.S. Department of Health and Human Services, osp.od.nih.gov/biotechnology/nih-guidelines/.