Genetyka – inżynieria genetyczna

Korepetycje, biologia, powtórki do matury – brzmi jak coś trudnego? Wcale nie musi takie być! Sprawdź nasz kurs przygotowujący do matury z biologii i przekonaj się, że nauka może przyjemna i skuteczna. 

Rozwój genetyki przyniósł możliwość lepszego zrozumienia DNA i sposobu powstawania informacji genetycznej. Naukowcy zaczęli zadawać sobie pytanie o ludzką ingerencję w ten proces. Obecnie kwestią wątpliwą nie jest już sama możliwość manipulacji genami, ale zakres w jakim można (i czy w ogóle powinno się) to robić.  

Powyższymi zagadnieniami zajmuje się inżynieria genetyczna, którą rozumie się jako techniki pozwalające i zmierzające do ingerencji w genom organizmu. Techniki te polegają na:

– izolowaniu fragmentów materiału genetycznego z komórki;

– wprowadzaniu zmian do informacji genetycznej;

– przenoszeniu fragmentów DNA do komórek innego organizmu;

– powielaniu, czyli klonowaniu, genów i całych organizmów.

Wszelkie zabiegi na materiale genetycznym rozpoczynają się od jego wyizolowania z komórki. Do tego stosuje się enzymy restrykcyjne, które rozpoznają odpowiednie sekwencje DNA i przecinają je w tym miejscu w poprzek. Tną one cząsteczki DNA na krótsze kawałki. Wśród pociętych kawałków DNA, przy zastosowaniu odpowiednich metod, muszą zostać znalezione te części, które zawierają poszukiwany gen. Następnie, przy użyciu specjalnego nośnika – wektora – uzyskane fragmenty DNA wraz z poszukiwanym genem zostają wprowadzone do komórek modyfikowanego organizmu. Jeśli transformowana komórka należy do bakterii, to rolę wektora może pełnić plazmid, czyli niewielkie koliste cząsteczki DNA, charakterystyczne dla bakterii, które łatwo wnikają do wnętrza komórek i tam ulegają samopowielaniu. Żeby wbudować nowy gen należy przeciąć plazmid tym samym enzymem restrykcyjnym, co cięty poprzednio fragment DNA. Obie cząsteczki mieszane są ze sobą oraz z ligazami – enzymami umożliwiającymi ich łączenie. Tak zrekombinowane DNA należy poddaje się klonowaniu (in vivo), żeby uzyskać odpowiednią ilość kopii genu.

W procesie klonowania często wykorzystuje się bakterie. Łatwo pobierają one plazmidy z otoczenia, a następnie wchłonięta cząsteczka ulega samopowieleniu, wskutek czego dochodzi do jej sklonowania.

Inną metodą powielenia odcinków DNA jest reakcja łańcuchowa polimerazy, w skrócie PCR. Jest to metoda in vitro polegająca na rozdzieleniu podwójnej helisy i dobudowywaniu nici komplementarnej przy udziale polimerazy. Niektóre etapy PCR przebiegają w wysokiej temperaturze, dlatego do ich przeprowadzania stosuje się termostabilne polimerazy DNA, np. polimerazę Taq. Zaletą tego procesu jest to, że może być on powtarzany wielokrotnie, a liczba otrzymanych dzięki jego zastosowaniu kopii jest właściwie nieograniczona.

Łańcuchowa reakcja polimerazy jest wykorzystywana m.in. do:

• identyfikacji przestępcy na podstawie śladowych ilości DNA

• identyfikacji ofiar katastrof na podstawie śladowych ilości materiału genetycznego

• ustalania ojcostwa

• w testach wykrywających obecność wirusów i bakterii, np. wirusa HIV

Skutkiem stosowania opisanych technik jest powstawanie organizmów transgenicznych.