Genetische manipulatie

Genetische manipulatie is vooral bekend door bijvoorbeeld de genetisch gemanipuleerde producten, maar het kan ook bij de mens en andere organismen. Restrictie-enzymen spelen hierbij een belangrijke rol, maar ook reverse-transcriptase en antisense-DNA heeft er iets mee te maken. Al eeuwenlang heeft men bij de veredeling van cultuurgewassen geprobeerd om kruisingen en een selectie gunstige eigenschappen te combineren in één individu. Dit wordt op dit moment heel veel in het laboratorium gedaan door middel van weefselkweken. Een vorm van zo'n techniek is het kloneren, wat in de toekomst misschien zelf uitsterven kan voorkomen.

Door experimenten is de precieze volgorde van stikstofbasen in het DNA te traceren. Het aantal van de mens wordt geschat op zo'n 3 miljard, de meeste daarvan zijn al bekend. Chromosomen hebben naast genen ook pseudogenen, dit zijn genen die in de evolutie verdubbeld of veranderd zijn, ze hebben op deze manier hun functie in het lichaam verloren. Ook denkt men dat een deel van een chromosoom geen functie heeft, dit noemen we het zogenaamde junk-DNA. Op dit moment wordt veel onderzoek gedaan naar het junk-DNA en of het ook echt geen functie heeft.

Restrictie enzymen

Recombinant-DNA technieken zijn op een gegeven moment mogelijk geworden door de ontdekking van een groep enzymen die een DNA-molecuul op bepaalde plaatsen kan splitsen. Deze enzymen worden restrictie-enzymen genoemd en zijn afkomstig van bacteriën. Ze pakken een DNA-molecuul op een plek waar zich 4 à 6 specifieke stikstofbasen bevinden. Deze enzymen bieden de bacteriën bescherming tegen de binnendringende bacteriofagen. Bij de meeste restrictie-enzymen is het zo dat ze elkaars spiegelbeeld zijn, ze splitsen een DNA-molecuul in 2 delen die aan beide kanten een enkelvoudige nucleotideketen hebben. Deze zijn complementair en identiek. Door deze uiteinden zijn DNA-fragmenten gemakkelijk met elkaar te combineren. DNA-ligase zorgt ervoor dat de fragmenten aan elkaar worden verbonden, zo kan recombinant-DNA ontstaan van bijvoorbeeld een kikker en een bacterie.

Naast dat bacteriën een kringvormig chromosoom hebben hebben ze ook nog een plasmide. Een plasmide kan bijvoorbeeld resistent zijn voor antibiotica. Een restrictie-enzym kan ervoor zorgen dat het plasmide wordt gecombineerd met DNA-fragmenten uit andere organismen, hierdoor ontstaat een gemodificeerde plasmide. Door bacteriekolonies op verschillende voedingsbodems te kweken worden bacteriën geselecteerd die zo'n plasmide opgenomen hebben. Na toevoeging van DNA-ligase worden de aanwezige DNA-fragmenten op willekeurige wijze gecombineerd. Er ontstaat recombinant-DNA. Als eenmaal een kolonie van het juiste type is gemaakt wordt dit miljarden keren gekloond.

Een goed praktijkvoorbeeld is dat er in bacteriën een hormoon ingebouwd is zodat ze insuline kunnen produceren. Mensen met suikerziekte hebben hier profijt van. De bacteriën kunnen namelijk gekweekt worden en zo kan op een goedkope en makkelijke manier insuline worden geproduceerd.

Omdat de basenvolgorde voor ieder mens uniek is kan je het goed gebruiken bij de misdaadbestrijding. Eerst laat je zo'n restrictie-enzym los op het DNA waardoor het als het ware wordt geknipt. Deze fragmenten worden vervolgens gescheiden door elektroforese. Het medium kan aangesloten worden op een elektrisch veld. DNA-fragmenten zijn negatief geladen en worden daarom aangetrokken door de positieve pool, de kleinste fragmenten gaan het snelst naar deze kant toe. Er ontstaat op een gegeven moment een bandenpatroon en deze is voor ieder mens uniek, het heet ook wel de DNA-fingerprint. Als er onduidelijkheid is kan het ook nog opnieuw worden gedaan met een ander restrictie-enzym.

Reverse transcriptase

Een RNA-virus bevat het enzym reverse transcriptase. Door dit enzym wordt in de gastheercel een DNA-keten gevormd langs het binnengedrongen RNA-molecuul. De DNA-keten laat vervolgens los van het RNA. Onder invloed van het enzym DNA-polymerase wordt een complementaire DNA-keten gevormd. Er ontstaat een DNA-fragment met een dubbele spiraal wat kan worden ingebouwd in het DNA van de gastheercel. Uit de RNA-moleculen die bij de transcriptie langs het ingebouwde DNA-fragment ontstaan worden nieuwe virussen ontwikkeld. De virussen die zo werken heten ook wel retrovirussen. Het enzym reverse transcriptase is uit deze retrovirussen gewonnen. Door dit enzym kan aan de hand van mRNA een DNa-fragment worden gesynthetiseerd. Het fragment bevat dan het gen voor het gewenste eiwit.

Antisense-DNA

Bij restrictie-enzymen en reverse transcriptsase wordt iets eerst geïsoleerd en vervolgens toegevoegd aan een organisme. Het kan echter ook zijn dat er iets moet worden uitgeschakeld, dit kan door de toevoeging van antisense-DNA. Er wordt dan een kopie gesynthetiseerd van het gen dat de code bevat voor een ziekteverwekkend enzym. De kopie is identiek alleen liggen de basen in omgekeerde volgorde, dit wordt ingebracht in het zieke orgaan. Langs allebei de delen vindt nu transcriptie plaats, maar onderweg naar de ribosomen komen ze elkaar tegen en gaan binden. Hierdoor kan geen translatie meer plaatsvinden en dus is het op deze manier uitgeschakeld.