modificatie en mutaties

• Biotechnologie


  Gebruik van het leven
• Klassieke biotechnologie


  DNA van organisme wordt niet of slechts indirect aangepast
• Klassieke biotechnologie


  • Gewenste eigenschappen verkrijgen bij dieren of planten (veredelen van dieren) bv. plofkippen kweken ipv biologische kip
  • Voedsel te bereiden (gebruik van micro-organismen) bv. gisten van bier, schimmels van kaas
• Nadelen klassieke biotechnologie


  • Soortbarrière: door soorteigen aantal chromosomen niet mogelijk om twee verschillende soorten te kruisen
  • Generaties lang duren: niet enkel de gewenste, maar ook andere eigenschappen overgedragen waardoor generaties lang kan duren alvorens 'rassen' met gewenste eigenschap
• Moderne biotechnologie


  Gentechnologie: technieken die rechtstreeks ingrijpen op DNA van organisme
• GGO


  Genetisch gemanipuleerd/gemodificeerd organisme = organisme dat wordt aangepast door gen met informatie voor gewenste eigenschap te isoleren uit een organisme, daarna rechtstreeks ingebracht in DNA van te verbeteren organisme
• Voordelen gentechnologie


  • Soortbarrière kan doorbroken worden
  • Sneller (want gerichter)
• Natuurlijke genoverdracht


  Het overbrengen van DNA van het ene organisme naar het andere (gebeurt bij bacteriën en virussen via gastheercel)
• Kunstmatige genoverdracht


  Technieken die toelaten zelf DNA gericht binnen te brengen in een organisme
• Bacterie


  Eén cel, kan zich delen, kan schadelijk of niet schadelijk zijn
• Virus


  Geen organisme, genetisch materiaal met eiwitmantel eromheen, 'kaapt' een cel
• Genetisch materiaal van bacteriën

  • Chromosoom: één grote, ringvormige gesloten DNA-molecule die genen draagt die coderen voor vitale proteïnen
  • Plasmide: één of meer kleine, ringvormige DNA moleculen die genen dragen voor niet-vitale proteïnen
• Kenmerken plasmiden


  • 'Extra' DNA, 5000-20000 bp lang dragen 2-30 genen
  • Doen zelf aan replicatie
  • Kunnen overgedragen worden tussen bacteria ('bacterial seks' = conjugatie)
  • Evolueren snel
  • Kunnen opgenomen worden vanuit omgeving
• Genoverdracht van bacterie naar plant

  1. Agrobacterie hecht aan celwand ter hoogte van wond en draagt bepaald deel van plasmide, het T-DNA over aan plantencel

  2. T-DNA wordt in chromosomale DNA van geïnfecteerde cel opgenomen

  3. Plantencellen die T-DNA bevatten, delen ongeordend
• Virus


  Hoeveelheid DNA (of RNA) die omgeven is door proteïnemantel (=capside), volledig afhankelijk van gastheercel
• Kenmerken virus


  • Geen eigen metabolisme => alle stofwisselingsprocessen laten uitvoeren door gastheercel
  • Geen zelfstandige DNA-replicatie, transcriptie, translatie
  • Voor vermenigvuldiging: afhankelijk van gastheercel
• Levenscyclus bacteriofaag


  1. Infectie van bacterie

  2. Virale DNA wordt in bacterie geïnjecteerd

  3. Lytische fase - lysis: bacterie repliceert virale DNA ipv eigen DNA, brengt virale DNA tot expressie nieuwe bacteriofagen bacteriecel barst open en nieuwe fagen komen vrij

  4. Lysogene fase: virale DNA integreert zich in chromsoom van bacterie = profaag, profaag-DNA samen met bacteriële DNA verdubbeld kan overgaan op volgende generatie bacteriën, bij dochterbacteriën kan viraal DNA zich afzonderen door excisie/uitsnijding van bacteriële DNA bacterie weer in begintoestand, mogelijkheid tot starten van lytische fase
• Genoverdracht van virus naar mens

  • DNA-virussen
  • RNA-virussen
• Kunstmatige genoverdracht


  Het mechanisme van natuurlijke genoverdracht gebruiken om DNA-strengen gericht over te dragen van het ene naar het andere organsime
• Toepassingen kunstmatige genoverdracht


  • Bacteriën aanmaken die zelfstandig medicijnen en vaccins maken
  • Defecte genen vervangen door gezonde
  • Eigenschappen van voedingsgewassen verbeteren
• Genetisch gemodificeerde organismen


  Transgene organismen = organismen met nieuwe, verbeterde eigenschappen
• Restrictie-enzymen


  Bacteriën beschikken over afweersysteem in vorm van restrictie-enzymen (=knipenzymen): enzym knipt virale DNA in stukjes (kunnen ook genoom van gistcellen, planten en dieren verknippen), enzym herkent basensequentie en knipt DNA op specifieke plaats
• Sticky ends


  Na knippen vertonen DNA-fragmenten aan hun uiteinden een reeks van ongepaarde basen (vormen palindroom)
• Blunt ends


  Rechte uiteinden
• DNA-ligase


  Plakenzymen die nucleotiden aan elkaar kunnen plakken
• Vectoren


  Natuurlijk DNA als transportmiddel voor kunstmatige genoverdracht, zoals plasmiden en virussen
• CRISPR-CAS9


  Methode waarmee wetenschappers genen kunnen manipuleren
• Verloop kunstmatige genoverdracht


  1. Gewenst stukje DNA, donor-DNA, inbrengen in bacterie

  2. Donor-DNA lokaliseren in specifieke DNA-streng, het moeder-DNA

  3. Bepalen welk restrictie-enzym geschikt is om donor-DNA uit moeder-DNA te halen

  4. Plasmide uitzoeken waarin passende basenvolgorde voorkomt waarop gekozen restrictie-enzym kan inwerken (plasmide wordt geïsoleerd uit bacterie en opengeknipt met restrictie-enzym)

  5. Donor-DNA wordt met zelfde restrictie-enzym geknipt

  6. Opengeknipte plasmide en alle donor-DNA-stukken hebben dezelfde sticky-ends

  7. Gewenste stuk donor-DNA wordt samengevoegd met opengeknipte plasmide

  8. DNA-ligase verbindt openingen in suikerfosfaatruggengraten => °recombinant plasmide (opgebouwd uit bacterieel DNA en donor-DNA)

  9. Recombinante plasmide wordt opnieuw in bacterie gebracht -> transgene bacterie
• Genome Editing


  Nieuwe techniek waarbij wetenschappers slechte stukjes DNA weghalen en andere in de plaats plaatsen
• Toepassingen gentechnologie in de geneeskunde

  • Voor onderzoek: gen voor fluorescerend eiwit als hulpmiddel in labo
  • Aanmaak specifieke proteïnen voor patiënten
  • Productie van geneesmiddelen: insuline, groeihormoon, EPO
  • Productie van vaccins
  • Gentherapie
  • Stamceltherapie
• Productie van insuline door transgene bacteriën en gisten

  1. Gen geven aan bacterie zodat deze insuline aanmaakt (plasmide eruit halen, gen toevoegen, plasmide terugsteken)

  2. Bacterie kan menselijk gen niet lezen (prokaryoot <-> eukaryoot mechanisme)

  3. Oplossing: vóór dit insulinegen een gen (= galactosediasegen) zetten dat bacterie herken
• Proteïnen


  Stoffen die worden geïsoleerd uit weefsels, bloed, urine
• Productie van proteïnen


  Via genoverdracht: produceren van proteïne door bacteriën, gisten, zoogdieren (zowel in vitro als in vivo)
• Productie van geneesmiddelen


  • Insuline
  • Groeihormoon
  • EPO
• Productie van vaccins


  • Gentherapie
  • Stamceltherapie
• Productie van insuline door transgene bacteriën en gisten

  1. Gen geven aan bacterie zodat deze insuline aanmaakt

  2. Plasmide eruit halen, gen toevoegen, plasmide terugsteken

  3. Vóór insulinegen een gen zetten dat bacterie herkent en ervoor zorgen dat bacterie insulinegen moet aflezen
• Klassiek vaccin


  Injectie van verzwakte ziekteverwekkers, productie van antilichamen
• Gentechnologisch vaccin


  • Eiwitvaccin: lichaam wekt immuunrespons op bij contact met viruseiwit
  • Vectorvaccin: onschadelijk virus wordt gebruikt als vector om genetisch materiaal van ziekteverwekkende organisme te leveren aan menselijk lichaam
  • mRNA-vaccin: rechtstreeks inbrengen van mRNA voor antigeen via vetdruppeltjes, eiwitten worden aangemaakt
• Gentherapie


  Het inbrengen van een specifiek gen zodat de patiënt zelf de gewenste eiwitten zal synthetiseren
• Biologisch afbreekbare plastics


  Polyhydroxyalkaanzuren, geproduceerd door genetisch gewijzigde bacteriën, gisten of planten