theorie_1819
← Alle Hoofdstukken
Inhoudsopgave

8 Moleculaire genetica
8.1. De structuur van DNA
8.1.1. Replicatie: verdubbe...
8.1.2. Polymerase-kettingre...
8.1.3. Sequensen
8.2. Transcriptie: DNA ov...
8.2.1. Messenger-RNA
8.2.2. Introns en exons
8.2.3. Epigenetica
8.3. De genetische code
8.3.1. Evolutie van de gene...
8.3.2. Niet-coderend DNA
8.3.3. Genetisch onderzoek
8.3.4. Toetsvragen bij 8.1 ...
8.4. Translatie: eiwitsyn...
8.4.1. Oefenvragen bij 8.4
8.4.2. Toetsvragen bij 8.4
8.5. Mutaties
8.6. Tweelingonderzoek
8.7. Ziekten waarin genen...
8.8. Klassieke veredeling...
8.8.1. Kloneren
8.8.2. Dieren fokken
8.8.3. Weefsel kweken
8.9. Moderne technieken
8.9.1. Plantenveredeling
8.9.2. Moleculaire techniek...
8.9.3. Forensisch onderzoek
8.9.4. Biotechnologie
8.9.5. Recombinant-DNA-tech...
8.9.6. Gentherapie met een ...
8.9.7. CRISPR-Cas
8.9.8. Celfusie
8.9.9. Kerntransplantatie
8.9.10. Stamcelklonering
8.9.11. - Extra - Nieuwe ont...
8.9.12. Toetsvragen bij 8.5 ...

U bezoekt 10voorBiologie.nl als gast-gebruiker, waardoor u slechts een fractie van onze lesstof kunt bekijken. Met ons proefabonnement verkrijgt u toegang tot het volledige aanbod. Vraag het proefabonnement nu direct aan of neem contact op met info@10voorbiologie.nl.

8.9.5 Recombinant-DNA-technologie

Met behulp van de gentechnologie zijn genen te identificeren, te isoleren en te kloneren. Daardoor is het mogelijk om DNA-fragmenten opnieuw te combineren: de recombinant-DNA-technologie. De techniek maakt gebruik van plasmiden en restrictie-enzymen (knipenzymen) en ligases (plakenzymen).

Plasmiden zijn kleine ringvormige stukjes DNA die naast het grote ringvormige DNA-molecuul in bacteriën voorkomen. Plasmiden kunnen zich onafhankelijk van het chromosomale DNA van de bacterie repliceren. Met hulp van plasmiden kunnen bacteriën genen met soortgenoten of zelfs met andere soorten bacteriën uitwisselen.

Restrictie-enzymen spelen een rol in de natuurlijke afweer van bacteriën tegen virussen. Ze kunnen DNA 'openknippen'; daarom noem je ze knipenzymen. De restrictie-enzymen schakelen een binnengedrongen virus uit door zijn DNA stuk te knippen. Waar de knip gebeurt, ontstaan twee uiteinden, die sticky ends (kleverige eindjes) worden genoemd.

Ligases zijn enzymen die in staat zijn gebroken DNA-strengen te repareren, aan elkaar te 'plakken'. Vandaar dat ze plak-enzymen worden genoemd. Vooral de sticky ends worden gemakkelijk aan elkaar geplakt.

De recombinant-DNA-techniek verloopt als volgt (hieronder uitgebeeld bij het menselijke gen dat voor insuline codeert):

  • Een plasmide wordt met behulp van restrictie-enzymen opengeknipt.
  • Een stuk DNA met het insulinegen wordt uit het menselijke DNA geknipt en met behulp van ligase in de plasmide geplakt.
  • De plasmiden worden opgenomen door bacteriën die in cultuur gebracht worden en zich vele malen delen. Zo ontstaan er miljoenen bacteriën met het gerecombineerde plasmide.
  • De bacterie is transgeen geworden door genetische modificatie. Transgeen betekent dat er een gen van een ander soort organisme is ingebracht.

Zie deze animatie op Bioplek (klik hier voor de tablet).

Figuur 25. Recombinant-DNA-techniek om insulineproducerende bacteriën te kweken.

Zie de animatie op Bioplek (klik hier voor de tablet). In de figuren is heel schematisch weergegeven hoe recombinant-DNA-techniek in zijn werk gaat. De techniek is in werkelijkheid minder simpel; vaak zijn veel pogingen nodig voor het goed lukt. Een probleem is dat een bacterie niet altijd de gemodificeerde plasmide opneemt. Daarom brengt men behalve het gewenste gen ook een gen in dat de bacterie ongevoelig maakt voor antibiotica. Van bacteriën die na behandeling met antibiotica blijven leven, weet je zeker dat de genen in de plasmiden zijn ingebouwd (zie figuur 26).

Figuur 26. Selectie van bacteriën die in hun plasmiden een recombinant-DNA
ingebouwd hebben
.

Om het stukje recombinante DNA goed te laten functioneren, moeten ook de promotor en terminator worden ingebouwd. Bovendien moeten de stukken niet-coderend DNA uit het in te voegen DNA worden verwijderd. Dit zijn allemaal stappen die de techniek ingewikkelder maken dan het lijkt. Als dan de hierboven beschreven stappen zijn genomen en de bacterie is transgeen, dan moet je maar afwachten of hij de bedoelde eiwitten (bijvoorbeeld insuline) gaat produceren. Het kan voorkomen dat het geproduceerde eiwit niet actief is of wordt afgebroken. Er is op dit gebied nog veel onderzoek nodig. Toch zijn er al successen geboekt. De menselijke insulineproductie door transgene bacterie is gelukt en er zijn gistcellen die een vaccin maken tegen hepatitis-B. Bepaalde transgene bacteriën en gisten maken chymosine, een enzym dat de melk doet stremmen bij de kaasbereiding.

Recombinant-DNA-techniek is voorlopig het best toepasbaar bij bacteriën en gisten, maar is soms ook bij planten mogelijk. Het gifproducerend gen van de bacterie Bacillus thuringiensis is onder andere in maïs ingebracht, waardoor de plant dit bacteriële gif kan maken. Door het gif gaan maïsetende rupsen dood. Deze transgene maïs heet Bt-maïs (naar de bacterie die het gif-gen heeft). Zo hoeven de boeren minder insecticiden te gebruiken. De recombinant-DNA-techniek is bij (zoog)dieren heel moeilijk en bij velen omstreden. De stier Herman was een – in Nederland tot nu toe enige algemeen bekende – voorbeeld van genetische modificatie bij een zoogdier.

10voorBiologie
Figuur 27. De transgene stier Herman

De bedoeling was dat koeien melk zouden gaan produceren met daarin het eiwit lactoferrine, een middel tegen ontstekingen. De vader van deze koeien, stier Herman, was voorzien van het menselijke gen dat voor lactoferrine codeert. Herman was dus een transgene stier. Door voortplanting zou het gen doorgegeven worden aan zijn nakomelingen. Koeien zouden dan melk produceren met daarin het lactoferrine. Bij koeien wordt dat vooral gebruikt tegen uierontsteking. Het project waarin stier Herman en zijn nakomelingen gebruikt werden voor de productie van lactoferrine is inmiddels gestopt. Het gen dat in Herman was geplaatst, werkte niet goed en inmiddels zijn er andere - veel goedkopere - technieken om lactoferrine te produceren.
Inmiddels is stier Herman op de gezegende leeftijd van 13 jaar (dat is oud voor stieren) overleden. Hij werd tot het laatst verzorgd in een stal op het terrein van het Nederlands Centrum voor Biodiversiteit Naturalis. Daarna is hij opgezet; en sindsdien staat hij op een ereplaats in dit museum.

Recombinant DNA-technologie is ook toe te passen binnen verwante soorten, resulterend in cisgene organismen. Zo zijn er schimmels gemaakt die betere en andere penicillines produceren dan de natuurlijke schimmelvariant.

Om het gen dat je geïsoleerd hebt in een ander organisme te kunnen brengen, moet het eerst worden ingebracht in een zogeheten vector, die dient als drager van het DNA. Dit kan een stukje plasmide zijn, maar ook een virus, een liposoom (een vetbolletje) of een goudkogeltje waarop het DNA geplakt zit. Welke vector gebruikt wordt, hangt af van het doel waarvoor het DNA van het ene naar het andere organisme wordt overgebracht.

Enkele voorbeelden:
Bij de toepassing van de gentherapie worden virussen of liposomen gebruikt. Bij genetisch modificeren van tweezaadlobbige planten wordt het DNA aan de bacterie Agrobacterium toegevoegd, die het DNA opneemt in een plasmide. Deze bacteriën worden in een oplossing van losse cellen of op bladponsjes van het doelorganisme gebracht. Bij eenzaadlobbige planten wordt het DNA op minuscule, met goud bedekte kogeltjes aangebracht, die daarna met een speciaal pistool in het doelorganisme worden geschoten.

 

Subdomeinen Deelconcepten Deelspecificaties
B1 plasmide, restrictie-enzym, knip-enzym B1.1
B2 recombinant DNA-techniek, plasmide B2.1, B2.3
D1 transgeen, cisgeen D1.1