BIOTECHNOLOGIE

Biologische waterzuivering Paarse anjers Geninjectie Biologische waterzuivering ‘Superzalm’

A. Natuurlijke genenoverdracht BACTERIËN Plasmiden zijn ringvormige stukjes DNA die een klein aantal genen bevatten. Plasmiden zijn vectoren (transportmiddel) voor het introduceren van DNA. Bacteriën kunnen plasmiden gebruiken om snel stukken DNA uit te wisselen. bv. resistentiegenen

Virussen fungeren van nature als vectoren voor DNA: ze brengen hun DNA (of RNA) over naar de gastheercel die verplicht wordt het viraal DNA tot expressie te brengen Animatie: http://www.bioplek.org/animaties/celtotaal/bacteriofaag.html

Voorbeeld: bacteriofaag

Bacteriën beschermen zich tegen fagen met restrictie-enzymen  ‘moleculaire scharen’ Restrictie- of knipenzymen herkennen bepaalde DNA-sequenties en knippen die door. Sommige basen zijn na het knippen niet meer gepaard met een complementaire base en vormen ‘sticky ends’ sticky-ends vormen een palindroom

B. GENETISCH GEWIJZIGDE ORGANISMEN Organismen die één of meerdere genen krijgen ingebouwd noemen we TRANSGEEN Mogelijke technieken om DNA in een cel te smokkelen: Bij bacteriën: recombinant DNA-techniek Plasmiden knippen met restrictie-enzymen, een gen inbrengen en met DNA-ligase plakken. Vb. menselijke insulinegen via plasmide in bacterie brengen. Vb. resistentiegen van stafyllokok naar E.coli (natuurlijk)

2. Bij planten: dikwijls wordt het Ti-plasmide (tumor inducing) van de bodembacterie Agrobacterium tumefaciens gebruikt. De baterie brengt via de plasmide een gen in de plantencellen die ze stimuleert om een zeer snel te gaan delen (tumorvorming). Het tumorgen kan vervangen worden door een gen met de gewenste eigenschappen voor een gewas, Vb. transgene rijst met bèta-caroteen.

Bv insecticidegen in transgene maïs 3.Bij planten: genen, uit plasmiden geknipt, worden op miniscule gouddeeltjes geplakt; dan worden deze onder hoge druk in de cellen geïnjecteerd Bv insecticidegen in transgene maïs

4. Bij dieren: Genen rechtstreeks injecteren in bevruchte eicellen of foetale cellen

BIOTECHNOLOGISCHE TECHNIEKEN PCR: polymerase chain reaction Repetitief aanmaken van een welbepaald DNA-fragment Drie-stappen-proces Denaturatie: dubbelstreng DNA splitst zich op in 2 enkelstrengen t°: 90 – 95°C 2.Renaturatie: na afkoeling primers toevoegen die zich binden aan enkelstrengs DNA 3.Polymerisatie: ketenverlenging vanaf de primer mbv. toegevoegde basen en DNA-polymerase (Taq-polymerase)

PCR DENATURATIE DNA enkelstrengs maken (door verhitten). 72° 94° Polymerase Chain Reaction

PCR DNA enkelstrengs maken (door verhitten). RENATURATUTIE (t° ) Toevoegen van DNA primers, vrije nucleotiden, en Taq polymerase. + Taq polymerase + primers 64° Enzym afkomstig van warmwaterbronbacteriën Verlengen DNA-keten door inbouwen van kunstmatige nucleotiden

PCR DNA enkelstrengs maken (door verhitten). Toevoegen van vrije nucleotiden, DNA primers en TAq polymerase. POLYMERISATIE Enkelstrengs DNA wordt dubbelstrengs. 72°

PCR DNA enkelstrengs maken (door verhitten). 94° DNA enkelstrengs maken (door verhitten). Toevoegen van vrije nucleotiden, DNA primers en TAq polymerase. Enkelstrengs DNA wordt dubbelstrengs. Opnieuw DNA verhitten (enkelstrengs), afkoelen tot 64° (binding primer) en bij 72° Taq- polymerase laten werken (dubbel- strengs DNA. Enz. enz. enz. (na 12 cycli zijn er ca. 5000 kopieën, na 30: 1 073 741 824). 94°

Restrictiefragment-lengtepolymorfisme (RFLP) Agarose-gel-elektroforese

Restrictiefragment -lengtepolymorfisme (RFLP) digestie van DNA met restrictie-enzym

restrictiefragment-lengtepolymorfisme (RFLP) digestie van DNA met restrictie-enzym gelelektroforese (met agarosegel)

gelelektroforese: opzet stalen 1 2 3 

gelelektroforese: spanning - +

gelelektroforese: spanning - +

gelelektroforese: spanning - +

gelelektroforese: visualisatie 1000 500 300 200 100 - +

restrictiefragment-lengtepolymorfisme (RFLP) digestie van DNA met restrictie-enzym gelelektroforese (met agarosegel) interpretatie

Biotechnologische toepassingen in de gezondheidszorg C.1 Geneesmiddelen insuline en groeihormoon: uit genetisch gewijzigde bacteriën of gisten (veilig en goedkoop!) stollingsfactor VIII: construct van een menselijk gen voor factor VIII en een regulatorgen voor een melkeiwit van varkens >> zeugen geven melk met factor VIII erytropoïetine (EPO): in transgene zoogdiercellen (duur) hierdoor kunnen veelvuldige en gevaarlijke (besmettingen) bloedtransfusies bij dialysepatiënten vermeden worden.

C.2 Vaccins gen met de DNA-code van een manteleiwit van een gevaarlijk virus wordt ingebracht in een onschadelijk virus >> na vermeerdering in zoogdiercellen ontstaat een ongevaarlijk virusmengsel (met het manteleiwit van het gevaarlijke virus) >> het virusmengsel wordt toegediend aan de mensen en het afweersysteem produceert antistoffen tegen het gevaarlijke virus (herkent het manteleiwit) >> het virus wordt onschadelijk gemaakt door de antistoffen. >> minder gevaarlijk dan injectie met geïnactiveerde of verzwakte ziekteverwekkers

C.3 Gentherapie

Biotechnologische toepassingen in de landbouw klassieke plantveredeling: gewassen verbeteren door kruising en selectie >> duurt lang; intensief; naast gewenste kenmerken worden ook altijd andere kenmerken overgedragen transgene gewassen: in één enkele stap kan heel gericht een bepaald kenmerk aan een plant worden toegevoegd >> gevaar: contaminatie van ‘wilde’ planten door stuifmeel van GGO >> risico’s nog niet echt gekend >> monopoliepositie van multinationals die bepaald herbiciden produceren (de transgene planten zijn enkel resistent tegen hun herbicide) vbn. Transgene soja, maïs, rijst, bananen, koolzaad,…

Biotechnologische toepassingen in het gerechtelijk onderzoek forensisch onderzoek: aan de hand van PCR en gel-elektroforese kan DNA uit bloed, sperma, haarwortels, huidschilfers, … vergeleken worden >> dader-identificatie >> identificatie verminkte slachtoffers >> vaderschapstest >> mitochondrionaal DNA (mDNA): verwantschap in moederlijke lijn (stamboom)

Vragen i.v.m. biotechnologie 1. Wat is een voordeel van gentechnologie t.o.v. het klassieke veredelen van planten? 2. Wat is het verschil tussen reproductief en therapeutisch klonen? 3. Welke bijdrage zou gentechnologie kunnen leveren aan het voedselprobleem? 4. Wat betekent VNTR? 5. Waarom kon men met mDNA van het skelet van de Tsaar géén identificatie doen a.d.h.v. het mDNA van prins Philip van Engeland, terwijl men de Tsarina en haar kinderen wel kon identificeren? 6. Waarom is de gentechnologische productie van EPO duurder en moeilijker dan de productie van insuline?