Was ist rekombinante DNA-Technologie?

Rekombinante DNA oder rDNA ist DNA, die durch Kombination von DNA aus verschiedenen Quellen durch einen als genetische Rekombination bezeichneten Prozess gebildet wird. Oft stammen die Quellen von verschiedenen Organismen. Im Allgemeinen hat DNA aus verschiedenen Organismen die gleiche chemische allgemeine Struktur. Aus diesem Grund ist es möglich, DNA aus verschiedenen Quellen durch Kombination von Strängen zu erzeugen.

Die zentralen Thesen

• Die rekombinante DNA-Technologie kombiniert DNA aus verschiedenen Quellen, um eine unterschiedliche DNA-Sequenz zu erstellen.
• Die rekombinante DNA-Technologie wird in einer Vielzahl von Anwendungen von der Impfstoffherstellung bis zur Erzeugung gentechnisch veränderter Pflanzen eingesetzt.
• Mit dem Fortschritt der rekombinanten DNA-Technologie muss die Präzision der Technik durch ethische Bedenken ausgeglichen werden.

Rekombinante DNA hat zahlreiche Anwendungen in Wissenschaft und Medizin. Eine bekannte Verwendung von rekombinanter DNA ist die Herstellung von Insulin. Vor dem Aufkommen dieser Technologie stammte Insulin größtenteils von Tieren. Mit Organismen wie E. coli und Hefe kann Insulin jetzt effizienter hergestellt werden. Indem das Gen für Insulin von Menschen in diese Organismen eingefügt wird, kann Insulin produziert werden.

Der Prozess der genetischen Rekombination

In den 1970er Jahren fanden Wissenschaftler eine Klasse von Enzymen, die DNA in bestimmten Nukleotidkombinationen abtrennten. Diese Enzyme sind als Restriktionsenzyme bekannt. Diese Entdeckung ermöglichte es anderen Wissenschaftlern, DNA aus verschiedenen Quellen zu isolieren und das erste künstliche rDNA-Molekül herzustellen. Weitere Entdeckungen folgten, und heute gibt es eine Reihe von Methoden zur Rekombination von DNA.

Während mehrere Wissenschaftler maßgeblich an der Entwicklung dieser rekombinanten DNA-Prozesse beteiligt waren, wird Peter Lobban, ein Doktorand unter der Leitung von Dale Kaiser an der Abteilung für Biochemie der Stanford University, normalerweise als erster die Idee einer rekombinanten DNA nahegelegt. Andere in Stanford waren maßgeblich an der Entwicklung der ursprünglich verwendeten Techniken beteiligt.

Während sich die Mechanismen stark unterscheiden können, umfasst der allgemeine Prozess der genetischen Rekombination die folgenden Schritte.

1. Ein spezifisches Gen (zum Beispiel ein menschliches Gen) wird identifiziert und isoliert.
2. Dieses Gen wird in einen Vektor eingefügt. Ein Vektor ist der Mechanismus, durch den das genetische Material des Gens in eine andere Zelle transportiert wird. Plasmide sind ein Beispiel eines üblichen Vektors.
3. Der Vektor wird in einen anderen Organismus eingefügt. Dies kann durch eine Reihe verschiedener Gentransfermethoden wie Ultraschallbehandlung, Mikroinjektionen und Elektroporation erreicht werden.
4. Nach der Einführung des Vektors werden Zellen, die den rekombinanten Vektor aufweisen, isoliert, selektiert und kultiviert.
5. Das Gen wird so exprimiert, dass das gewünschte Produkt schließlich synthetisiert werden kann, üblicherweise in großen Mengen.

Beispiele für die rekombinante DNA-Technologie

rDNA-Beispiele. red_moon_rise / E + / Getty Images

Die rekombinante DNA-Technologie wird in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt, darunter Impfstoffe, Lebensmittelprodukte, pharmazeutische Produkte, diagnostische Tests und gentechnisch veränderte Pflanzen. 

Impfstoffe

Impfstoffe mit viralen Proteinen, die von Bakterien oder Hefen aus rekombinierten viralen Genen hergestellt werden, gelten als sicherer als solche, die mit herkömmlicheren Methoden hergestellt wurden und virale Partikel enthalten.

Andere pharmazeutische Produkte

Wie bereits erwähnt, ist Insulin ein weiteres Beispiel für die Verwendung der rekombinanten DNA-Technologie. Früher wurde Insulin aus Tieren gewonnen, hauptsächlich aus der Bauchspeicheldrüse von Schweinen und Kühen. Durch die Verwendung der rekombinanten DNA-Technologie zur Insertion des menschlichen Insulingens in Bakterien oder Hefen ist es jedoch einfacher, größere Mengen zu produzieren.

Eine Reihe anderer pharmazeutischer Produkte wie Antibiotika und menschlicher Eiweißersatz werden nach ähnlichen Methoden hergestellt.

Lebensmittel

Eine Reihe von Lebensmitteln wird mit Hilfe der DNA-Rekombinationstechnologie hergestellt. Ein bekanntes Beispiel ist das Chymosin-Enzym, ein Enzym, das bei der Käseherstellung verwendet wird. Traditionell wird es im Lab gefunden, das aus dem Magen von Kälbern hergestellt wird, aber die gentechnische Herstellung von Chymosin ist viel einfacher und schneller (und erfordert nicht das Töten von Jungtieren). Heute wird ein Großteil des in den USA hergestellten Käses mit gentechnisch verändertem Chymosin hergestellt.

Diagnosetests

Rekombinante DNA-Technologie wird auch auf dem Gebiet diagnostischer Tests eingesetzt. Gentests für eine Vielzahl von Erkrankungen wie Mukoviszidose und Muskeldystrophie haben von der Verwendung der rDNA-Technologie profitiert.

Pflanzen

Rekombinante DNA-Technologie wurde verwendet, um sowohl insekten- als auch herbizidresistente Pflanzen zu produzieren. Die häufigsten herbizidresistenten Pflanzen sind resistent gegen die Anwendung von Glyphosat, einem weit verbreiteten Unkrautvernichter. Eine solche Pflanzenproduktion ist nicht ohne Problem, da viele die langfristige Sicherheit solcher gentechnisch veränderter Pflanzen in Frage stellen.

Die Zukunft der Genmanipulation

Wissenschaftler sind gespannt auf die Zukunft der Genmanipulation. Während sich die Techniken am Horizont unterscheiden, haben alle die Präzision gemeinsam, mit der das Genom manipuliert werden kann.

Ein solches Beispiel ist CRISPR-Cas9. Es ist ein Molekül, das die Insertion oder Deletion von DNA auf äußerst präzise Weise ermöglicht. CRISPR ist eine Abkürzung für "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats", während Cas9 für "CRISPR Associated Protein 9" steht. In den letzten Jahren war die wissenschaftliche Gemeinschaft von den Aussichten für ihre Verwendung begeistert. Zugehörige Prozesse sind schneller, präziser und kostengünstiger als andere Methoden.

Während ein Großteil der Fortschritte präzisere Techniken zulässt, werden auch ethische Fragen aufgeworfen. Bedeutet das zum Beispiel, dass wir die Technologie haben, um etwas zu tun, dass wir es tun sollten? Welche ethischen Konsequenzen haben genauere Gentests, insbesondere im Zusammenhang mit genetisch bedingten Erkrankungen des Menschen??

Von der frühen Arbeit von Paul Berg, der 1975 den Internationalen Kongress für rekombinante DNA-Moleküle organisierte, bis zu den aktuellen Richtlinien der National Institutes of Health (NIH) wurden eine Reihe berechtigter ethischer Bedenken angesprochen und angesprochen.

In den NIH-Richtlinien wird darauf hingewiesen, dass "darin Sicherheitspraktiken und Eindämmungsverfahren für die Grundlagenforschung und klinische Forschung im Zusammenhang mit rekombinanten oder synthetischen Nukleinsäuremolekülen, einschließlich der Erzeugung und Verwendung von Organismen und Viren, die rekombinante oder synthetische Nukleinsäuremoleküle enthalten, detailliert aufgeführt sind". Die Richtlinien sollen Forschern angemessene Verhaltensrichtlinien für die Durchführung von Forschungen auf diesem Gebiet geben.

Bioethiker sind der Ansicht, dass die Wissenschaft immer ethisch ausgewogen sein muss, damit der Fortschritt der Menschheit zugute kommt und nicht schädlich.

Quellen

• Kochunni, Deena T und Jazir Haneef. "5 Schritte in der rekombinanten DNA-Technologie oder RDNA-Technologie." 5 Schritte in der rekombinanten DNA-Technologie oder RDNA-Technologie ~, www.biologyexams4u.com/2013/10/steps-in-recombinant-dna-technology.html.
• Biowissenschaften. "Die Erfindung der rekombinanten DNA-Technologie LSF Magazine Medium." Medium, LSF Magazine, 12. November 2015, medium.com/lsf-magazine/the-invention-of-recombinant-dna-technology-e040a8a1fa22.
• "NIH Guidelines - Office of Science Policy". Nationale Gesundheitsinstitute, US-Gesundheitsministerium, osp.od.nih.gov/biotechnology/nih-guidelines/.