Vad är rekombinant DNA-teknik?

Rekombinant DNA, eller rDNA, är DNA som bildas genom att kombinera DNA från olika källor genom en process som kallas genetisk rekombination. Ofta kommer källorna från olika organismer. Generellt sett har DNA från olika organismer samma kemiska allmänna struktur. Av denna anledning är det möjligt att skapa DNA från olika källor genom att kombinera strängar.

Key Takeaways

• Rekombinant DNA-teknik kombinerar DNA från olika källor för att skapa en annan DNA-sekvens.
• Rekombinant DNA-teknik används i ett brett spektrum av applikationer, från vaccinproduktion till produktion av genetiskt konstruerade grödor.
• När rekombinant DNA-teknik utvecklas måste teknikprecision balanseras av etiska problem.

Rekombinant DNA har många tillämpningar inom vetenskap och medicin. En välkänd användning av rekombinant DNA är vid produktion av insulin. Före denna teknik kom insulin till stor del från djur. Insulin kan nu produceras mer effektivt genom att använda organismer som E. coli och jäst. Genom att införa genen för insulin från människor i dessa organismer kan insulin produceras.

Processen för genetisk rekombination

På 1970-talet fann forskare en klass enzymer som avbröt DNA i specifika nukleotidkombinationer. Dessa enzymer är kända som restriktionsenzymer. Denna upptäckt gjorde det möjligt för andra forskare att isolera DNA från olika källor och skapa den första konstgjorda rDNA-molekylen. Andra upptäckter följde och idag finns ett antal metoder för rekombination av DNA.

Medan flera forskare hjälpte till att utveckla dessa rekombinanta DNA-processer, krediteras Peter Lobban, en doktorand under ledning av Dale Kaiser vid Biokemiska institutionen vid Stanford University, att han var den första som föreslog idén om rekombinant DNA. Andra på Stanford var med i utvecklingen av de använda teknikerna.

Medan mekanismerna kan skilja sig mycket, innefattar den allmänna processen för genetisk rekombination följande steg.

1. En specifik gen (till exempel en human gen) identifieras och isoleras.
2. Denna gen införs i en vektor. En vektor är den mekanism genom vilken genens genetiska material transporteras in i en annan cell. Plasmider är ett exempel på en vanlig vektor.
3. Vektoren sätts in i en annan organisme. Detta kan uppnås genom ett antal olika genöverföringsmetoder som sonikering, mikroinjektioner och elektroporering.
4. Efter introduktionen av vektorn isoleras, selekteras och odlas celler som har den rekombinanta vektorn.
5. Genen uttrycks så att den önskade produkten så småningom kan syntetiseras, vanligtvis i stora mängder.

Exempel på rekombinant DNA-teknik

rDNA-exempel. red_moon_rise / E + / Getty Images

Rekombinant DNA-teknik används i ett antal tillämpningar inklusive vacciner, livsmedelsprodukter, farmaceutiska produkter, diagnostiska tester och genetiskt konstruerade grödor. 

vacciner

Vacciner med virala proteiner producerade av bakterier eller jäst från rekombinerade virala gener anses vara säkrare än de som skapats med mer traditionella metoder och innehåller virala partiklar.

Andra farmaceutiska produkter

Som nämnts tidigare är insulin ett annat exempel på användning av rekombinant DNA-teknik. Tidigare erhölls insulin från djur, främst från bukspottkörteln hos grisar och kor, men med användning av rekombinant DNA-teknik för att införa den humana insulingenen i bakterier eller jäst gör det enklare att producera större mängder.

Ett antal andra farmaceutiska produkter, som antibiotika och humant proteinersättningar, produceras på liknande sätt.

Mat produkter

Ett antal livsmedelsprodukter produceras med rekombinant DNA-teknik. Ett vanligt exempel är chymosinenzym, ett enzym som används för att tillverka ost. Traditionellt finns det i löpe som är beredd från mage på kalvar, men att producera chymosin genom genteknik är mycket lättare och snabbare (och kräver inte dödande av unga djur). I dag tillverkas en majoritet av osten som produceras i USA med genetiskt modifierat chymosin.

Diagnostisk testning

Rekombinant DNA-teknik används också inom det diagnostiska testfältet. Genetisk testning för ett brett spektrum av tillstånd, såsom cystisk fibros och muskeldystrofi, har gynnats av användningen av rDNA-teknik.

Gröda

Rekombinant DNA-teknik har använts för att producera både insekts- och herbicidresistenta grödor. De vanligaste växtskyddsresistenta grödorna är resistenta mot applicering av glyfosat, en vanlig ogräsdödare. Sådan grödproduktion är inte utan problem, eftersom många ifrågasätter den långsiktiga säkerheten för sådana genetiskt konstruerade grödor.

Framtiden för genetisk manipulation

Forskare är glada över framtiden för genetisk manipulation. Medan tekniker i horisonten skiljer sig har alla gemensamt den precision med vilken genomet kan manipuleras.

Ett sådant exempel är CRISPR-Cas9. Is är en molekyl som gör det möjligt att införa eller radera DNA på ett extremt exakt sätt. CRISPR är en förkortning för "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" medan Cas9 är kortfattad för "CRISPR-associerat protein 9". Under de senaste åren har det vetenskapliga samfundet varit upphetsat över möjligheterna att använda det. Tillhörande processer är snabbare, mer exakta och billigare än andra metoder.

Medan mycket av framstegen möjliggör mer exakta tekniker, tas också etiska frågor upp. Till exempel, eftersom vi har tekniken för att göra något, betyder det att vi borde göra det? Vilka är de etiska konsekvenserna av en mer exakt genetisk testning, särskilt när det gäller mänskliga genetiska sjukdomar?

Från det tidiga arbetet av Paul Berg som organiserade den internationella kongressen för rekombinanta DNA-molekyler 1975, till de nuvarande riktlinjerna som anges av The National Institutes of Health (NIH), har ett antal giltiga etiska problem tagits upp och behandlats.

NIH-riktlinjerna noterar att de "beskriver säkerhetsrutiner och inneslutningsförfaranden för grundläggande och klinisk forskning som involverar rekombinanta eller syntetiska nukleinsyramolekyler, inklusive skapande och användning av organismer och virus som innehåller rekombinanta eller syntetiska nukleinsyramolekyler." Riktlinjerna är utformade för att ge forskare riktigt beteende riktlinjer för att bedriva forskning inom detta område.

Bioetiker hävdar att vetenskapen alltid måste vara etiskt balanserad, så att framsteg är fördelaktigt för mänskligheten snarare än skadligt.

källor

• Kochunni, Deena T och Jazir Haneef. “5 steg i rekombinant DNA-teknik eller RDNA-teknik.” 5 steg i rekombinant DNA-teknik eller RDNA-teknik ~, www.biologyexams4u.com/2013/10/steps-in-recombinant-dna-technology.html.
• Biovetenskap. “Uppfinningen av rekombinant DNA-teknik LSF Magazine Medium.” Medium, LSF Magazine, 12 nov 2015, medium.com/lsf-magazine/the-invention-of-recombinant-dna-technology-e040a8a1fa22.
• "NIH-riktlinjer - Office of Science Policy." National Institute of Health, U.S. Department of Health and Human Services, osp.od.nih.gov/biotechnology/nih-guidelines/.