Was ist rekombinante DNA-Technologie?

DNS. MR.Cole_Photographer/Moment/Getty Images

Rekombinante DNA oder rDNA ist DNA, die durch Kombinieren von DNA aus verschiedenen Quellen durch einen Prozess namens genetische Rekombination gebildet wird. Oft stammen die Quellen aus verschiedenen Organismen. Allgemein gesagt, DNS aus verschiedenen Organismen hat die gleiche allgemeine chemische Struktur. Aus diesem Grund ist es möglich, DNA aus verschiedenen Quellen durch Kombination von Strängen herzustellen.

Die zentralen Thesen

• Die rekombinante DNA-Technologie kombiniert DNA aus verschiedenen Quellen, um eine andere DNA-Sequenz zu erzeugen.
• Die rekombinante DNA-Technologie wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von der Impfstoffherstellung bis zur Produktion von gentechnisch veränderten Pflanzen.
• Mit fortschreitender rekombinanter DNA-Technologie muss die Präzision der Technik durch ethische Bedenken abgewogen werden.

Rekombinante DNA hat zahlreiche Anwendungen in Wissenschaft und Medizin. Eine wohlbekannte Verwendung von rekombinanter DNA ist die Herstellung vonInsulin. Vor dem Aufkommen dieser Technologie stammte Insulin größtenteils von Tieren. Insulin kann nun effizienter produziert werden, indem Organismen wie E. coli und Hefe verwendet werden. Durch das Einfügen der Gen für Insulin vom Menschen in diesen Organismen kann Insulin produziert werden.

Der Prozess der genetischen Rekombination

In den 1970er Jahren fanden Wissenschaftler eine Klasse von Enzymen, die DNA spezifisch durchtrennten Nukleotid Kombinationen. Diese Enzyme sind als Restriktionsenzyme bekannt. Diese Entdeckung ermöglichte es anderen Wissenschaftlern, DNA aus verschiedenen Quellen zu isolieren und das erste künstliche rDNA-Molekül herzustellen. Weitere Entdeckungen folgten, und heute gibt es eine Reihe von Methoden zur Rekombination von DNA.

Während mehrere Wissenschaftler maßgeblich an der Entwicklung dieser rekombinanten DNA-Prozesse beteiligt waren, wird Peter Lobban, einem Doktoranden unter der Anleitung von Dale Kaiser am Biochemie-Department der Stanford University, normalerweise zugeschrieben, der erste gewesen zu sein, der die Idee der rekombinanten DNA vorschlug. Andere in Stanford waren maßgeblich an der Entwicklung der verwendeten Originaltechniken beteiligt.

Obwohl die Mechanismen sehr unterschiedlich sein können, umfasst der allgemeine Prozess der genetischen Rekombination die folgenden Schritte.

1. Ein spezifisches Gen (z. B. ein menschliches Gen) wird identifiziert und isoliert.
2. Dieses Gen wird in ein eingefügt Vektor . Ein Vektor ist der Mechanismus, durch den das genetische Material des Gens in eine andere Zelle transportiert wird. Plasmide sind ein Beispiel für einen üblichen Vektor.
3. Der Vektor wird in einen anderen Organismus eingefügt. Dies kann durch eine Reihe unterschiedlicher erreicht werden Gentransfer Methoden wie Beschallung, Mikroinjektionen und Elektroporation.
4. Nach der Einführung des Vektors werden Zellen, die den rekombinanten Vektor aufweisen, isoliert, selektiert und kultiviert.
5. Das Gen wird exprimiert, damit das gewünschte Produkt schließlich synthetisiert werden kann, normalerweise in großen Mengen.

Beispiele rekombinanter DNA-Technologie

rDNA-Beispiele. red_moon_rise/E+/Getty Images

Die rekombinante DNA-Technologie wird in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt, darunter Impfstoffe, Lebensmittelprodukte, pharmazeutische Produkte, diagnostische Tests und gentechnisch veränderte Pflanzen.

Impfungen

Impfstoffe mit viralen Proteinen hergestellt von Bakterien oder Hefe aus rekombinierten viralen Genen gelten als sicherer als solche, die durch traditionellere Methoden hergestellt und enthalten sind Viruspartikel .

Andere pharmazeutische Produkte

Wie bereits erwähnt, ist Insulin ein weiteres Beispiel für die Verwendung rekombinanter DNA-Technologie. Früher wurde Insulin aus Tieren gewonnen, hauptsächlich aus der Bauchspeicheldrüse von Schweinen und Kühen, aber die rekombinante DNA-Technologie zum Einfügen des Humaninsulin-Gens in Bakterien oder Hefen macht es einfacher, größere Mengen herzustellen.

Eine Reihe anderer pharmazeutischer Produkte, wie zAntibiotikaund menschlicher Proteinersatz, werden durch ähnliche Verfahren hergestellt.

Lebensmittel

Eine Reihe von Lebensmittelprodukten werden mit rekombinanter DNA-Technologie hergestellt. Ein gängiges Beispiel ist das Chymosin-Enzym, an Enzym zur Käseherstellung verwendet. Traditionell kommt es in Lab vor, das aus Kälbermägen hergestellt wird, aber die Herstellung von Chymosin durch Gentechnik ist viel einfacher und schneller (und erfordert nicht das Töten von Jungtieren). Heute wird ein Großteil des in den Vereinigten Staaten hergestellten Käses mit gentechnisch verändertem Chymosin hergestellt.

Diagnostische Tests

Die rekombinante DNA-Technologie wird auch auf dem Gebiet der diagnostischen Tests verwendet. Gentests für ein breites Spektrum von Erkrankungen, wie Mukoviszidose und Muskeldystrophie, haben von der Verwendung der rDNA-Technologie profitiert.

Getreide

Rekombinante DNA-Technologie wurde verwendet, um sowohl insekten- als auch herbizidresistente Pflanzen zu produzieren. Die häufigsten herbizidresistenten Pflanzen sind resistent gegen die Anwendung von Glyphosat, einem gängigen Unkrautvernichtungsmittel. Eine solche Pflanzenproduktion ist nicht ohne Probleme, da viele die langfristige Sicherheit solcher gentechnisch veränderter Pflanzen in Frage stellen.

Die Zukunft der Genmanipulation

Wissenschaftler sind gespannt auf die Zukunft der Genmanipulation. Obwohl sich die Techniken am Horizont unterscheiden, haben alle die Präzision gemeinsam, mit der das Genom manipuliert werden kann.

CRISPR-Cas9

Ein solches Beispiel ist CRISPR-Cas9. Dies ist ein Molekül, das die Insertion oder Deletion von DNA auf äußerst präzise Weise ermöglicht. KRISPR ist ein Akronym für „Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats“, während Cas9 eine Abkürzung für „CRISPR-assoziiertes Protein 9“ ist. In den letzten Jahren war die wissenschaftliche Gemeinschaft von den Aussichten für seine Verwendung begeistert. Damit verbundene Prozesse sind schneller, präziser und kostengünstiger als andere Verfahren.

Ethische Fragen

Während viele der Fortschritte präzisere Techniken ermöglichen, werden auch ethische Fragen aufgeworfen. Zum Beispiel, weil wir die Technologie haben, um etwas zu tun, heißt das, dass wir es tun sollten? Was sind die ethischen Implikationen präziserer Gentests, insbesondere in Bezug auf menschliche Erbkrankheiten?

Von den frühen Arbeiten von Paul Berg, der 1975 den International Congress on Recombinant DNA Molecules organisierte, bis zu den aktuellen Richtlinien der National Institutes of Health (NIH) wurden eine Reihe berechtigter ethischer Bedenken geäußert und angesprochen.

NIH-Richtlinien

Die NIH-Richtlinien weisen darauf hin, dass sie „Sicherheitspraktiken und Eindämmungsverfahren für die Grundlagen- und klinische Forschung mit rekombinanten oder synthetischen Stoffen detailliert beschreiben Nukleinsäuremoleküle , einschließlich der Schaffung und Verwendung von Organismen und Viren, die rekombinante oder synthetische Nukleinsäuremoleküle enthalten.“ Die Richtlinien sollen Forschern Richtlinien für das richtige Verhalten bei der Durchführung von Forschungsarbeiten in diesem Bereich geben.

Bioethiker behaupten, dass die Wissenschaft immer ethisch ausgewogen sein muss, damit der Fortschritt der Menschheit zugute kommt und nicht schadet.

Quellen

• Kochunni, Deena T und Jazir Haneef. 5 Schritte in der rekombinanten DNA-Technologie oder RDNA-Technologie. 5 Schritte in der rekombinanten DNA-Technologie oder RDNA-Technologie ~, www.biologyexams4u.com/2013/10/steps-in-recombinant-dna-technology.html.
• Biowissenschaften. Die Erfindung der rekombinanten DNA-Technologie Medium des LSF-Magazins. Medium, LSF Magazine, 12. Nov. 2015, medium.com/lsf-magazine/the-invention-of-recombinant-dna-technology-e040a8a1fa22.
• NIH-Richtlinien – Office of Science Policy. National Institutes of Health, US-Gesundheitsministerium, osp.od.nih.gov/biotechnology/nih-guidelines/.