Rekombinante DNA sind Moleküle, die durch genetische Rekombinationstechniken im Labor gebildet werden, um genetisches Material aus mehreren Quellen zu kombinieren. Das ist möglich, weil die DNA-Moleküle aller Organismen die gleiche chemische Struktur haben und sich nur in der darin enth altenen Nukleotidsequenz unterscheiden.
Erstellung
Molekulares Klonen ist ein Laborverfahren zur Herstellung rekombinanter DNA. Sie ist neben der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) eine der beiden am weitesten verbreiteten Methoden. Es ermöglicht Ihnen, die Replikation einer bestimmten, vom Experimentator ausgewählten DNA-Sequenz zu kontrollieren.
Es gibt zwei grundlegende Unterschiede zwischen rekombinanten DNA-Methoden. Einer davon ist, dass das molekulare Klonen die Replikation in einer lebenden Zelle beinh altet, während die PCR eine In-vitro-Replikation beinh altet. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die erste Methode das Ausschneiden und Einfügen von DNA-Sequenzen ermöglicht, während die zweite durch das Kopieren der bestehenden Reihenfolge erweitert wird.
Vektor-DNA
Um rekombinante DNA zu erh alten, ist ein Klonierungsvektor erforderlich. Es wird von Plasmiden oder Viren abgeleitet und ist ein relativ kleines Segment. Die Wahl des Vektors für die molekulare Klonierung hängt von der Wahl des Wirtsorganismus, der Größe der zu klonierenden DNA und davon ab, ob Fremdmoleküle exprimiert werden sollen. Segmente können mit verschiedenen Methoden wie Restriktionsenzym-/Ligase-Klonierung oder Gibson-Assemblierung kombiniert werden.
Klonen
In Standardprotokollen umfasst das Klonen sieben Schritte.
- Wirtsorganismus und Klonierungsvektor auswählen.
- Beschaffung eines DNA-Vektors.
- Bildung geklonter DNA.
- Herstellung rekombinanter DNA.
- Einbringung in den Wirtsorganismus.
- Auswahl von Organismen, die es enth alten.
- Auswahl von Klonen mit gewünschten DNA-Inserts und biologischen Eigenschaften.
Nach der Transplantation in den Wirtsorganismus können die im rekombinanten Konstrukt enth altenen Fremdmoleküle exprimiert werden oder nicht. Die Expression erfordert die Umstrukturierung des Gens, um Sequenzen einzuschließen, die für die DNA-Produktion notwendig sind. Es wird von der Übersetzungsmaschine des Hosts verwendet.
Wie es funktioniert
Rekombinante DNA funktioniert, wenn die Wirtszelle ein Protein aus rekombinanten Genen exprimiert. Die Expression hängt davon ab, das Gen mit einer Reihe von Signalen zu umgeben, die Anweisungen für seine Transkription liefern. Dazu gehören Promotor, Ribosomenbindung und Terminator.
Probleme entstehen, wenn das Genenthält Introns oder Signale, die als Terminatoren für den bakteriellen Wirt wirken. Dies führt zur vorzeitigen Beendigung. Das rekombinante Protein kann unsachgemäß verarbeitet, gef altet oder abgebaut werden. Seine Produktion in eukaryotischen Systemen erfolgt normalerweise in Hefen und Fadenpilzen. Die Verwendung von Tierkäfigen ist aufgrund der Notwendigkeit einer starken Unterlage für viele schwierig.
Eigenschaften von Organismen
Organismen, die rekombinante DNA-Moleküle enth alten, haben scheinbar normale Phänotypen. Aussehen, Verh alten und Stoffwechsel verändern sich in der Regel nicht. Die einzige Möglichkeit, das Vorhandensein rekombinanter Sequenzen nachzuweisen, besteht darin, die DNA selbst mit dem Polymerase-Kettenreaktionstest zu untersuchen.
In einigen Fällen kann rekombinante DNA schädliche Auswirkungen haben. Dies kann passieren, wenn sich sein Fragment, das einen aktiven Promotor enthält, neben einem zuvor stillen Gen der Wirtszelle befindet.
Verwenden
Rekombinante DNA-Technologie ist in der Biotechnologie, Medizin und Forschung weit verbreitet. Seine Proteine und andere Produkte sind in fast jeder westlichen Apotheke, Tierklinik, Arztpraxis, medizinischen oder biologischen Labor zu finden.
Die häufigste Anwendung ist die Grundlagenforschung, wo Technologie für einen Großteil der heutigen Arbeit in den biologischen und biomedizinischen Wissenschaften unerlässlich ist. Rekombinante DNA wird verwendet, um Gene zu identifizieren, zu kartieren, zu sequenzieren und zu bestimmenFunktionen. rDNA-Sonden werden verwendet, um die Genexpression in einzelnen Zellen und in Geweben ganzer Organismen zu analysieren. Rekombinante Proteine werden als Reagenzien in Laborexperimenten verwendet. Einige spezifische Beispiele sind unten aufgeführt.
Rekombinantes Chymosin
Chymosin, das im Abomasum vorkommt, ist ein Enzym, das zur Herstellung von Käse benötigt wird. Es war der erste gentechnisch veränderte Lebensmittelzusatzstoff, der in der Industrie verwendet wurde. Ein mikrobiologisch hergestelltes rekombinantes Enzym, das strukturell mit einem vom Kalb stammenden Enzym identisch ist, ist billiger und wird in größeren Mengen hergestellt.
Rekombinantes Humaninsulin
Virtuell ersetztes Insulin aus tierischen Quellen (z. B. Schweinen und Rindern) zur Behandlung von insulinabhängigem Diabetes. Rekombinantes Insulin wird synthetisiert, indem das Humaninsulin-Gen in Bakterien der Gattung Eterichia oder Hefe eingeführt wird.
Wachstumshormon
Verschrieben für Patienten, deren Hypophyse nicht genügend Wachstumshormon produziert, um eine normale Entwicklung zu unterstützen. Bevor rekombinantes Wachstumshormon verfügbar wurde, wurde es aus der Hypophyse von Leichen gewonnen. Diese unsichere Praxis hat dazu geführt, dass einige Patienten die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit entwickelt haben.
Rekombinanter Gerinnungsfaktor
Dies ist ein Blutgerinnungsprotein, das Patienten mit Formen der Hämophilie mit Blutgerinnungsstörungen verabreicht wird. Sie sind nicht in der Lage zu produzierenFaktor VIII in ausreichender Menge. Vor der Entwicklung des rekombinanten Faktors VIII wurde das Protein durch Verarbeitung großer Mengen menschlichen Bluts von mehreren Spendern hergestellt. Dies birgt ein sehr hohes Risiko der Übertragung von Infektionskrankheiten.
Diagnose einer HIV-Infektion
Jede der drei weit verbreiteten Methoden zur Diagnose einer HIV-Infektion wurde unter Verwendung rekombinanter DNA entwickelt. Ein Antikörpertest verwendet ihr Protein. Es erkennt das Vorhandensein von genetischem HIV-Material mithilfe der reversen Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion. Die Entwicklung des Tests wurde durch molekulares Klonen und Sequenzieren der HIV-Genome ermöglicht.
