Polymerasekettingreactie (PCR) en zijn wetenschappelijke relatieve, het klonen van tot expressie gebrachte genen, zijn twee biotechnologische doorbraken van de jaren 70 en 80 die een belangrijke rol blijven spelen in de poging om ziekte begrijpen. Beide moleculaire technologieën geven wetenschappers de middelen om op verschillende manieren meer DNA te maken.
Geschiedenis
Moleculair bioloog Kary Mullis zorgde voor een revolutie in de genwetenschap toen hij in het voorjaar van 1983 de polymerasekettingreactie (PCR) bedacht, waarmee hij in 1993 de Nobelprijs voor scheikunde kreeg. Deze doorbraak kwam op de hielen van onderzoek naar klonen dat dateert uit 1902. Er waren geen grote vorderingen op het gebied van klonen tot november 1951, toen een team van wetenschappers in Philadelphia een kikkerembryo kloonde. De grote doorbraak vond plaats op 5 juli 1996, toen wetenschappers "Dolly" het lam klonen uit een bevroren borstcel.
PCR en klonen
Klonen is eenvoudigweg het ene levend organisme van het andere maken, waarbij twee organismen worden gecreëerd met exact dezelfde genen. Met PCR kunnen wetenschappers binnen enkele uren miljarden kopieën maken van een stukje DNA. Hoewel PCR de kloneringstechnologie beïnvloedt door grote hoeveelheden DNA te produceren dat kan worden gekloond, staat PCR voor de moeilijkheid van besmetting, waarbij een monster met ongewenst genetisch materiaal ook kan worden gerepliceerd en de and verkeerde DNA.
Hoe PCR werkt
Het PCR-proces omvat het afbreken van DNA door het te verwarmen, waardoor de dubbele DNA-helix wordt afgewikkeld in afzonderlijke enkele strengen. Zodra deze strengen zijn gescheiden, leest een enzym genaamd DNA-polymerase de nucleïnezuursequentie en produceert een duplicaatstreng van DNA. Dit proces wordt keer op keer herhaald, waarbij elke cyclus de hoeveelheid DNA wordt verdubbeld en het DNA exponentieel toeneemt totdat miljoenen kopieën van het oorspronkelijke DNA zijn gemaakt.
Hoe klonen werkt
Bij DNA-klonering worden eerst de bron- en vector-DNA geïsoleerd en vervolgens worden enzymen gebruikt om deze twee DNA te knippen. Vervolgens binden wetenschappers het bron-DNA aan de vector met een DNA-ligase-enzym dat de splitsing herstelt en een enkele DNA-streng creëert. Dat DNA wordt vervolgens ingebracht in een cel van het gastheerorganisme, waar het met het organisme meegroeit.
Toepassingen
PCR is een standaardinstrument geworden in de forensische wetenschap omdat het zeer kleine DNA-monsters kan vermenigvuldigen voor meerdere laboratoriumtests voor misdaad. PCR is ook nuttig geworden voor archeologen om de evolutionaire biologie van verschillende diersoorten te bestuderen, inclusief monsters van duizenden jaren oud. Kloontechnologie heeft het relatief eenvoudig gemaakt om DNA-fragmenten die genen bevatten te isoleren om de functie van genen te bestuderen. Wetenschappers zijn van mening dat betrouwbaar klonen kan worden gebruikt om de landbouw productiever te maken door de beste dieren te repliceren en gewassen en ook om medische tests nauwkeuriger te maken door proefdieren te leveren die allemaal op dezelfde manier op hetzelfde reageren medicijn.