Was ist rekombinante DNA?
Rekombinante DNA ist eine im Labor künstlich hergestellte DNA-Sequenz. DNA ist die Vorlage, die Zellen verwenden, um die Proteine zu produzieren, aus denen lebende Organismen bestehen, und die Anordnung der Stickstoffbasen entlang eines DNA-Strangs bestimmt, welche Proteine gebildet werden. Durch die Isolierung von DNA-Stücken und deren Rekombination mit anderen Sequenzen sind Forscher in der Lage, DNA in Bakterien oder andere Wirtszellen zu klonen und nützliche Proteine wie Insulin herzustellen. Das Klonen ermöglicht eine viel einfachere Untersuchung bestimmter DNA-Sequenzen, da es eine große Menge an DNA produziert, die dann modifiziert und analysiert werden kann.
Methoden zur Konstruktion rekombinanter DNA
Transformation ist ein Prozess, bei dem ein DNA-Segment in ein Plasmid eingefügt wird – ein kleiner sich selbst replizierender DNA-Kreis. Die DNA wird mit Restriktionsenzymen geschnitten. Diese Enzyme werden in Bakterienzellen als Abwehrmechanismus produziert und zielen auf bestimmte Stellen auf einem DNA-Molekül ab und zerhacken es. Restriktionsenzyme sind besonders nützlich, weil sie "klebrige Enden" an den DNA-Segmenten erzeugen. Wie Klettverschluss ermöglichen diese klebrigen Enden der DNA, sich leicht mit komplementären Segmenten zu verbinden.
Das interessierende Gen und die Plasmide werden beide demselben Restriktionsenzym ausgesetzt. Dadurch entstehen viele verschiedene Moleküle. Einige sind Plasmide, die das interessierende Gen enthalten, einige sind Plasmide, die andere Gene enthalten, einige sind zwei Plasmide zusammen. Anschließend werden die Plasmide wieder in Bakterienzellen eingebracht, wo sie sich vermehren, und das gesuchte rekombinante DNA-Molekül wird durch verschiedene Analysen identifiziert. Wenn das Plasmid beispielsweise an einem bestimmten Gen zerschnitten wird, können Wissenschaftler nach Zellen suchen, die dieses Gen nicht exprimieren, und so eine erfolgreiche Rekombination identifizieren.
Die nicht-bakterielle Transformation ist im Wesentlichen der gleiche Prozess, verwendet jedoch nicht-bakterielle Zellen als Wirte. DNA kann direkt in den Kern einer Wirtszelle injiziert werden. Forscher können eine Zelle auch mit mikroskopisch kleinen Metallpartikeln beschießen, die mit DNA beschichtet wurden.
Die Transfektion ist der Transformation sehr ähnlich, jedoch werden anstelle von Plasmiden Phagen verwendet. Ein Phagen ist ein Virus, das Bakterien infiziert. Sowohl Phagen als auch Plasmide sind für diesen Prozess ideal, da sie sich innerhalb einer Bakterienzelle schnell replizieren.
Klonierung und Verwendung rekombinanter DNA-Sequenzen
Sobald die Forscher die bestimmten Bakterienzellen identifiziert haben, die die rekombinante Sequenz enthalten, können sie diese Zellen in einer Kultur züchten und große Mengen des Gens erzeugen. Es ist schwierig, Bakterienzellen dazu zu bringen, tatsächlich ein Protein aus einer menschlichen oder tierischen Wirtszelle zu erzeugen, aber es gibt Möglichkeiten, die Genexpression zu optimieren, um eine solche Produktion zu erleichtern. Wenn kernhaltige Zellen als Wirtszellen verwendet werden (wie bei der nichtbakteriellen Transformation), haben die Zellen weniger Probleme, das rekombinante Gen zu exprimieren.
Sobald Gene in großer Zahl kloniert sind, können sie in DNA-Bibliotheken gespeichert, sequenziert und untersucht werden. Die rekombinante DNA-Technologie hat viele wichtige Entdeckungen in der Forensik, der Erforschung genetischer Krankheiten, der Landwirtschaft und der Pharmazie ermöglicht.
