Wat is recombinant DNA?
Recombinant DNA is een DNA-sequentie die kunstmatig in het laboratorium is gecreëerd. DNA is de sjabloon die cellen gebruiken om de eiwitten te produceren waaruit levende organismen bestaan, en de rangschikking van stikstofbasen langs een DNA-streng bepaalt welke eiwitten worden gevormd. Door stukjes DNA te isoleren en ze opnieuw te combineren met andere sequenties, kunnen onderzoekers DNA in bacteriën of andere gastheercellen klonen en nuttige eiwitten produceren, zoals insuline. Klonen maakt het veel gemakkelijker om bepaalde DNA-sequenties te bestuderen, omdat het een grote hoeveelheid DNA produceert die vervolgens kan worden gemodificeerd en geanalyseerd.
Methoden voor het construeren van recombinant DNA
Transformatie is een proces waarbij een DNA-segment wordt ingevoegd in een plasmide - een kleine zelfreplicerende cirkel van DNA. Het DNA wordt geknipt met behulp van restrictie-enzymen. Deze enzymen worden geproduceerd in bacteriële cellen als een verdedigingsmechanisme, en ze richten zich op bepaalde plaatsen op een DNA-molecuul en hakken het uit elkaar. Restrictie-enzymen zijn bijzonder nuttig omdat ze "kleverige uiteinden" creëren op de DNA-segmenten. Net als klittenband zorgen deze kleverige uiteinden ervoor dat het DNA gemakkelijk samenkomt met complementaire segmenten.
Het gen van belang en de plasmiden worden beide blootgesteld aan hetzelfde restrictie-enzym. Hierdoor ontstaan veel verschillende moleculen. Sommige zijn plasmiden die het gen van belang bevatten, sommige zijn plasmiden die andere genen bevatten, sommige zijn twee plasmiden samen. De plasmiden worden vervolgens opnieuw geïntroduceerd in bacteriële cellen, waar ze repliceren, en het gezochte recombinante DNA-molecuul wordt geïdentificeerd door middel van verschillende soorten analyse. Als het plasmide bijvoorbeeld bij een bepaald gen uit elkaar wordt gesneden, kunnen wetenschappers zoeken naar cellen die dat gen niet tot expressie brengen en zo succesvolle recombinatie identificeren.
Niet-bacteriële transformatie is in wezen hetzelfde proces, maar gebruikt niet-bacteriële cellen als gastheren. DNA kan direct in de kern van een gastheercel worden geïnjecteerd. Onderzoekers kunnen ook een cel bestormen met microscopisch kleine metaaldeeltjes die zijn bedekt met DNA.
Transfectie lijkt erg op transformatie, maar in plaats van plasmiden worden fagen gebruikt. Een faag is een virus dat bacteriën infecteert. Zowel fagen als plasmiden zijn ideaal voor dit proces, omdat ze zich snel zullen repliceren in een bacteriële cel.
Klonen en gebruiken van recombinante DNA-sequenties
Zodra onderzoekers de specifieke bacteriële cellen hebben geïdentificeerd die de recombinante sequentie bevatten, kunnen ze die cellen in een kweek laten groeien en grote hoeveelheden van het gen genereren. Het is moeilijk om bacteriële cellen daadwerkelijk een eiwit te laten genereren uit een menselijke of dierlijke gastheercel, maar er zijn manieren om genexpressie aan te passen om zo'n productie gemakkelijker te maken. Als cellen met kern als gastheercellen worden gebruikt (zoals bij niet-bacteriële transformatie), zullen de cellen minder problemen hebben om het recombinante gen tot expressie te brengen.
Zodra genen in grote aantallen zijn gekloond, kunnen ze vervolgens worden opgeslagen in DNA-bibliotheken, gesequenced en bestudeerd. Recombinante DNA-technologie heeft veel belangrijke ontdekkingen mogelijk gemaakt in forensisch onderzoek, de studie van genetische ziekten, landbouw en farmaceutica.