Inhalt
- Was ist rekombinante DNA?
- Methoden zur Konstruktion rekombinanter DNA
- Klonierung und Verwendung von rekombinanten DNA-Sequenzen
Was ist rekombinante DNA?
Rekombinante DNA ist eine DNA-Sequenz, die im Labor künstlich hergestellt wurde. DNA ist die Matrize, mit der Zellen die Proteine produzieren, aus denen lebende Organismen bestehen, und die Anordnung der Stickstoffbasen entlang eines DNA-Strangs bestimmt, welche Proteine gebildet werden. Durch die Isolierung von DNA-Stücken und deren Rekombination mit anderen Sequenzen können Forscher DNA innerhalb von Bakterien oder anderen Wirtszellen klonen und nützliche Proteine wie Insulin produzieren. Durch das Klonen können bestimmte DNA-Sequenzen viel einfacher untersucht werden, da eine große Menge an DNA entsteht, die dann modifiziert und analysiert werden kann.
Methoden zur Konstruktion rekombinanter DNA
Die Transformation ist ein Prozess, bei dem ein DNA-Segment in ein Plasmid eingefügt wird - ein kleiner selbstreplizierender DNA-Kreis. Die DNA wird unter Verwendung von Restriktionsenzymen geschnitten. Diese Enzyme werden in Bakterienzellen als Abwehrmechanismus produziert und zielen auf bestimmte Stellen auf einem DNA-Molekül ab und zerlegen es. Restriktionsenzyme sind besonders nützlich, weil sie "klebrige Enden" an den DNA-Segmenten erzeugen. Wie bei Klettverschlüssen können sich die DNA-Teile mit komplementären Segmenten verbinden.
Das interessierende Gen und die Plasmide werden beide demselben Restriktionsenzym ausgesetzt. Dadurch entstehen viele verschiedene Moleküle. Einige sind Plasmide, die das interessierende Gen enthalten, einige sind Plasmide, die andere Gene enthalten, einige sind zwei Plasmide zusammen. Die Plasmide werden dann wieder in Bakterienzellen eingeführt, wo sie sich replizieren, und das gesuchte rekombinante DNA-Molekül wird durch verschiedene Analysetypen identifiziert. Wenn beispielsweise das Plasmid an einem bestimmten Gen in Scheiben geschnitten wird, können Wissenschaftler nach Zellen suchen, die dieses Gen nicht exprimieren, und so eine erfolgreiche Rekombination identifizieren.
Die nichtbakterielle Transformation ist im Wesentlichen der gleiche Prozess, verwendet jedoch nichtbakterielle Zellen als Wirte. DNA kann direkt in den Kern einer Wirtszelle injiziert werden. Forscher können auch eine Zelle mit mikroskopisch kleinen Metallpartikeln beschießen, die mit DNA beschichtet wurden.
Die Transfektion ist der Transformation sehr ähnlich, jedoch werden Phagen anstelle von Plasmiden verwendet. Ein Phage ist ein Virus, das Bakterien infiziert. Sowohl Phagen als auch Plasmide sind für diesen Prozess ideal, da sie sich innerhalb einer Bakterienzelle schnell replizieren.
Klonierung und Verwendung von rekombinanten DNA-Sequenzen
Sobald die Forscher die bestimmten Bakterienzellen identifiziert haben, die die rekombinante Sequenz enthalten, können sie diese Zellen in einer Kultur züchten und große Mengen des Gens erzeugen. Es ist schwierig, Bakterienzellen dazu zu bringen, tatsächlich ein Protein aus einer menschlichen oder tierischen Wirtszelle zu erzeugen, aber es gibt Möglichkeiten, die Genexpression zu optimieren, um eine solche Produktion zu vereinfachen. Wenn kernhaltige Zellen als Wirtszellen verwendet werden (wie bei der nichtbakteriellen Transformation), werden die Zellen weniger Probleme haben, das rekombinante Gen zu exprimieren.
Sobald Gene in großer Anzahl kloniert sind, können sie in DNA-Bibliotheken gespeichert, sequenziert und untersucht werden. Die rekombinante DNA-Technologie hat viele wichtige Entdeckungen in der Forensik, der Erforschung genetischer Krankheiten, der Landwirtschaft und der Pharmazie ermöglicht.