Biotechnologie

*~ Biotechnologie~* Deelvragen DNA Wie heeft DNA ontdekt, en hoe is het ontdekt? Wat is DNA? Hoe is DNA opgebouwd? Wat betekent DNA voor het lichaam Erfelijkheid Hoe worden erfelijke eigenschappen doorgegeven? Wat is dominant/recessief? Wat is het verschil tussen erfelijk en aangeboren? Welke erfelijkheidsonderzoeken zijn er, en waarvoor worden ze gebruikt? Klonen Wat is klonen precies? Wat is therapeutisch klonen? Wat is reproductief klonen? Waarom zijn mensen voor, en waarom zijn mensen tegen klonen? Wetgeving rondom klonen Is klonen echt zo ver weg als we denken? ~Deelonderwerp: DNA Wie heeft DNA ontdekt, en hoe is het ontdekt? DNA werd in 1869 ontdekt door de jonge Zwitserse arts Miesscher. Hij experimenteerde met cellen afkomstig uit etter van ziekenhuisverband en ontdekte een witte neerslag afkomstig uit de celkernen. Miesscher noemde het neerslag nucleïne (nucleus= kern). Later ontdekte men dat deze stof zure eigenschappen bevatte en noemde men het nucleïnezuur. DNA is de afkorting van het Engelse deoxyribonucleic acid (in het Nederlands: desoxyribonucleïnezuur). Sindsdien is de kennis van DNA sterk toegenomen. Het bleek om een zeer groot molecuul te gaan. In 1944 werd bewezen dat in het DNA, in codevorm, de erfelijke aanleg van organismen is vastgelegd. Dat wil zeggen dat DNA de informatie bevat voor jouw eigenschappen, zoals je bloedgroep en de kleur van je ogen. Een informatiedrager zoals een boek of een cd-rom, maar dan in de vorm van een oneindig veel kleiner molecuul. Maar men wist nog niet hoe het DNA zich bij elke deling kopieert en hoe precies de erfelijke boodschappen in het DNA zijn opgeslagen. De oplossing bleek te zitten in de structuur van het DNA. Vanaf 1940 kwamen veel wetenschappers op die gingen onderzoeken hoe het DNA in elkaar zit. Zo ook de Amerikaan James Watson die biochemie gestudeerd had en in 1951 op het laboratorium van de universiteit van Cambridge mocht werken samen met de wat oudere Francis Crick. Crick had natuurkunde gestudeerd en werd geïnspireerd door het boek “Wat is het leven?”. Hierin stond dat de genen de sleutels zijn van alle levende cellen en om te weten wat leven is moest men erachter komen hoe de genen werken. De chemische bouwstenen

De chemische bouwstenen van DNA waren bekend. Maar tot dan toe had niemand uit die losse bouwstenen het DNA-bouwwerk kunnen reconstrueren. Het beruchte duo Watson en Crick bedachten de volgende strategie. Ze zouden net zo lang modellen van het DNA-molecuul bouwen totdat alle onderdelen keurig in elkaar zouden passen. Bij een röntgenopname wees overduidelijk dat het DNA een spiraalstructuur had. Ze bouwden een model met twee ketens en zetten de verschillende onderdelen van het DNA op de juiste plaats. Het model had de vorm van een gedraaide touwladder. Maar er was een laatste probleem. Crick en Watson wisten dat de treden werden gevormd door de basen adenine(A), cytosine(C), guanine(G) en thymine(T), maar wisten niet wie met wie een paar vormde, want ze waren niet allemaal evenlang. Twee basen naast elkaar vormden namelijk een trede. Ze ontdekten dat een A-T-paar even breed was als een G-C-paar. Dus tegenover een A in de ene keten zit altijd een T in de andere en tegenover een C zit altijd een G. Ze hadden de oplossing van alles in handen. Ze zagen onmiddellijk dat het DNA-molecuul het bouwplan vormde voor erfelijke eigenschappen en dat het een chemische kopieermachine is. Het geheim van het leven was ontdekt. Wat is DNA? Alle organismen bestaan uit cellen. Een mens bestaat uit miljarden cellen. Het belangrijkste deel van een cel is de celkern (nucleus). Een menselijke cel bevat 46 chromosomen, dit zijn 23 chromosomen paren. Die chromosomen zitten in de celkern en bevatten al het erfelijk materiaal van een mens. Chromosomen zijn deeltjes in de kern van een lichaamscel en bevatten lange strengen DNA. Dit is een voorbeeld van een chromosoom. Waar staat de afkorting DNA voor? DNA betekent: "deoxyribonucleic acid". Kort gezegd is DNA de stof die in de celkern van een cel zit en de informatie (genetische code) bevat voor het maken van levende organismes. Hoe is DNA opgebouwd? De structuur van je DNA ziet eruit als een enorme lange ladder (zie hiernaast), gedraaid in de vorm van een helix of buis. De "sporten" van de ladder bestaan uit vier verschillende basen: Adenine (A) Thymine (T) Cytosine (C) Guanine (G) Dit is een DNA-spiraal. Oftewel een gedraaide DNA-ladder. Elke afzonderlijke sport bestaat uit 2 basen. De A en de T zitten altijd met elkaar verbonden in een sport, de C en de G ook. Een bepaalde eigenschap van een organisme wordt bepaald door de volgorde van een aantal van deze sporten, dat noemt men een gen. Elk gen bepaald één eigenschap van het organisme. Wat betekent DNA voor het lichaam? Het DNA is verantwoordelijk voor twee zaken: 1. de structuur en de bouw van het organisme (mitose = gewone celdeling = duplicatie of replicatie) 2. de werking van het organisme, aanmaak van proteïnen (transcriptie en translatie) Bij de bouw van een cel wordt het DNA in zijn geheel gekopieerd, dit gekopieerde deel gaat dan mee naar de nieuwe cel. Voor de werking van cel worden er gedeeltes van het DNA gekopieerd. Deze kopieën bestaan uit RNA en zijn gelijk aan de helft van het gekopieerde gedeelte in het DNA helix. Met de helft bedoelen we 1 kant van de DNA-rits. Deze kopieën bestaan maximaal een half uur en moeten in die tijd de nodige enzymen hebben aangemaakt. Dit soort RNA noemt men 'messenger RNA'. Het DNA bepaalt je genetische eigenschappen, het genotype. Het genotype is hoe je er genetisch uitziet. Bijvoorbeeld je huidskleur of kleur haren. Als je je haar verft veranderd het genotype NIET! Dan verandert alleen het fenotype, dat is je uiterlijk. Het DNA bevat informatie voor erfelijke eigenschappen. Het DNA in de chromosomen in één enkele celkern bevat de complete informatie voor alle erfelijke eigenschappen. Dus een cel in je teen weet ook hoe je neus moet worden gevormd. (Als het DNA in je neuscellen beschadigd is en niet weet hoe je een teen moet vormen kan dat geen kwaad. Maar als dat DNA in je neuscellen niet weet hoe het een neus moet vormen heb je WEL een probleem.) ~Deelonderwerp: Erfelijkheid
Hoe worden erfelijke eigenschappen doorgegeven? Tijdens de bevruchting smelten een eicel en een zaadcel samen. Deze bevatten ieder 23 chromosomen, dit is de helft van het aantal chromosomen in een lichaamscel. De eicel en zaadcel ontstaan na meiose. Dit schema laat meteen zien dat mannen veel meer zaadcellen hebben dan vrouwen eicellen. Bij de vrouw krijgt 1 cel veel celplasma, de andere drie sterven na de meiose II af. De eerste cellen, lichaamscellen, hebben 46 chromosomen, de 2e rij cellen hebben elk 23 chromosomen, deze verdubbelen zich, en de 3e rij cellen, de zaad- en eicellen, hebben dus ook 23 chromosomen. De cel die na de samensmelting ontstaat, wordt zygose genoemd. De zygose heeft 46 chromosomen; 23 van de vrouw en 23 van de man. Deze ene cel deelt zich tot 2,4,8 cellen enzovoort. Dit proces heet mitose. Ook de celkern met chromosomen deelt zich. Voordat de kern zich deelt, verdubbelen de chromosomen zich, zodat er in elke nieuwe cel steeds weer 46 chromosomen aanwezig zijn. Deze chromosomen zijn exacte kopieën van de chromosomen van de allereerste cel. Uiteindelijk groeit die eerste cel door verdubbeling en specialisatie van cellen uit tot een nieuw individu. In alle cellen zitten daarom dezelfde genen als in de bevruchte eicel. Of de bevruchte eicel uitgroeit tot een jongen of een meisje hangt af van het 23ste chromosomenpaar, de geslachtschromosomen, in de bevruchte eicel. De vrouw heeft hier 2 X-chromosomen, de man één X-chromosoom en één Y-chromosoom. De bevruchte eicel zal dus in elk geval een X-chromosoom van de moeder hebben.Heeft het een X-chromosoom van de vader, dan wordt het een meisje, heeft het een Y-chromosoom van de vader, dan wordt het een jongen. Wat is dominant/recessief? Voor elke eigenschap zijn er 2 genen, 1 van de moeder en 1 van de vader. Deze genen hoeven niet precies hetzelfde te zijn. Welke eigenschap je krijgt als het twee verschillende genen zijn, hangt af van het ‘type’ gen. Er zijn 3 typen; dominante genen, recessieve genen en co-dominante genen. Dominante genen komen altijd tot uitdrukking, zij overheersen. Recessieve genen komen alleen tot uitdrukking als er twee recessieve genen zijn. De co-dominante genen zijn beiden even sterk. De drie typen genen komen alledrie voor in ons bloedgroepensysteem. Er zijn 3 genen die onze bloedgroep kunnen bepalen; A, B of 0. Het gen voor bloedgroep A en het gen voor bloedgroep B zijn co-dominant. Het gen voor bloedgroep 0 is recessief ten opzichte van zowel A als B. Gen moeder Gen vader A B 0

A Genotype: AAFenotype: bloedgroep A Genotype: ABFenotype: bloedgroep AB Genotype: A0Fenotype:bloedgroep A
B Genotype: ABFenotype: bloedgroep AB Genotype: BBFenotype: bloedgroep B Genotype: B0Fenotype: bloedgroep B
0 Genotype: A0Fenotype: bloedgroep A Genotype: B0 Fenotype: bloedgroep B Genotype: 00Fenotype: bloedgroep 0
Als iemand voor een bepaalde eigenschap twee dezelfde genen heeft (zoals AA, BB of 00), is die persoon homozygoot voor deze eigenschap. Een genotype dat bestaat uit 2 verschillende soorten genen (zoals, AB, A0 of B0), wordt een heterozygoot genotype genoemd. Een dominante eigenschap wordt meestal met een hoofdletter weergegeven, een recessieve eigenschap met een kleine letter (Bb, BB of bb). Wat is het verschil tussen erfelijk en aangeboren? Een erfelijke aandoening ontstaat door een afwijking in het erfelijk materiaal. Kinderen kunnen zo’n aandoening dus van hun ouders erven. Een erfelijke aandoening is ook altijd aangeboren; hoewel het niet bij de geboorte al merkbaar hoeft te zijn, is de afwijking in het erfelijk materiaal er al wel. Een aangeboren aandoening kan erfelijk zijn, maar dit is niet altijd zo. Er kan nl. ook door invloeden van buitenaf, bijvoorbeeld alcohol- of medicijngebruik van de zwangere moeder, een aandoening ontstaan. Zo kan een kind geboren worden met rode hond of hiv. Dus; een erfelijke aandoening is altijd aangeboren, maar een aangeboren afwijking is niet altijd erfelijk. Welke erfelijkheidsonderzoeken zijn er en waar worden ze voor gebruikt? Er zijn verschillende erfelijkheidsonderzoeken, die voor verschillende doeleinden worden gebruikt. Ik zal er hieronder enkele beschrijven. *het tweelingonderzoek: dit onderzoek wordt gedaan om erachter te komen in welke mate milieufactoren van invloed zijn bij het tot stand komen van een eigenschap. Het onderzoek houdt in dat een eeneiige tweeling, die dus hetzelfde genotype hebben, apart en in verschillende milieus opgroeien. *de prenatale diagnostiek. Dit zijn onderzoeken die gedaan worden bij embryo’s en foetussen. Deze zijn ook weer onder te delen in verschillende onderzoeken, zoals een echoscopie, een vlokkentest en vruchtwaterpunctie. -echoscopie: dit onderzoek wordt gebruikt om de groei en ligging van een embryo of foetus bij te houden. Dit onderzoek wordt gedaan met behulp van een echoscoop. Dit apparaat straalt hoogfrequente trillingen uit, die door het embryo of foetus worden teruggekaatst. voorbeelden van een echoscopie -een vlokkentest. Met deze test worden afwijkingen in chromosomen geconstateerd, stofwisselingsziekten opgespoord en kan het geslacht worden bepaald. Voor deze test wordt wat vlokkenweefsel uit de groeiende placenta gehaald. Dit weefsel bevat celkernen met hetzelfde genotype als het embryo. Zo kan een chromosomenportret, ook wel karyogram genoemd, gemaakt worden. Uit dit karyogram kunnen verschillende dingen worden geconstateerd, die hierboven al genoemd zijn.
een karyogram -een vruchtwaterpunctie. Via de buikwand en de wand van de baarmoeder wordt wat vruchtwater weggezogen. Dit vruchtwater bevat cellen, afkomstig van de huid van het embryo, waarmee je ook chromosomen kunt onderzoeken en bepaalde stofwisselingsziekten kunt opsporen. vruchtwaterpunctie en echoscopie Prenatale diagnostiek wordt toegepast als er voor de zwangerschap een verhoogd risico bestond op de geboorte van een kind met een afwijking. Door erfelijkheidsonderzoek in de familie probeert men vooraf vast te stellen hoe groot de kans is, dat een toekomstig kind een bepaalde ziekte of afwijking heeft. Als je al zwanger bent, kan prenatale diagnostiek worden vastgesteld of een embryo of foetus een ziekte of afwijking heeft. Zo kan je bijvoorbeeld kijken of het embryo een trisomie van het 21e chromosoom heeft. Dit kan komen doordat een geslachtscel met het 21e chromosoom dubbel betrokken is bij de bevruchting. De oorzaak hiervan is vermoedelijk een afwijkend verloop van de meiose. Het gevolg van een trisomie 21, zoals het ook wel genoemd wordt, is het syndroom van Down. Hierdoor heeft het kind een typisch uiterlijk (het is een “mongooltje”) en een achterstand in de geestelijke ontwikkeling. ~Deelonderwerp : Klonen
Wat is klonen precies? De definitie van klonen: het maken van genetisch identieke kopieën, hierbij wordt het totale erfelijke materiaal gekopieerd. Dus als je een organisme krijgt dat dezelfde genetische eigenschappen heeft als een ander, heet dat klonen. Bij het klonen denk je al gauw aan sciencefiction beelden van evenbeelden en enge monsters. Dit terwijl klonen eigenlijk al heel lang bestaat en wij er allemaal wel eens van gehoord hebben. Een bekende en makkelijke vorm van klonen is het splitsen. Dat wordt al eeuwen gedaan bij planten: het heet dan stekken. Als je een stukje plant van een andere afsnijdt, en het in de aarde laat uitgroeien tot een nieuw plantje is dat ook klonen. Het nieuwe plantje heeft hetzelfde erfelijke materiaal als de oorspronkelijke plant. Wat is therapeutisch klonen? Wat gebeurt er nou eigenlijk? Bij therapeutisch klonen neemt men een bevruchte eicel. Daar wordt de kern uitgehaald. Men doet er in plaats van die kern het DNA van een volwassen cel in. Deze eicel laten ze dan in een reageerbuis uitgroeien tot een embryo. Uit het embryo worden stamcellen gehaald. Die stamcellen groeien in een reageerbuis uit tot weefsels, die dan weer gebruikt kunnen worden om bij iemand te implanteren. Stamcellen zijn de cellen waaruit de rest van het lichaam zich gaat ontwikkelen. Er is echter 1 probleem. Het weefsel wordt afgestoten worden door het lichaam van de patiënt. Nu komt het therapeutische klonen om de hoek kijken. Daarbij worden geen anonieme stamcellen gebruikt, maar cellen van de patiënt zelf. Wat is reproductief klonen? Bij reproductief klonen wordt net als bij therapeutisch klonen eerst de kern uit een bevruchte eicel gehaald en vervangen door het DNA van de persoon die gekloond gaat worden. De eicel groeit in een reageerbuis uit tot een embryo, alleen worden nu niet net als bij therapeutisch klonen de stamcellen uit het embryo gehaald, maar wordt het embryo in de baarmoeder van een draagmoeder geplaatst. Hier groeit het uit tot een baby, die identiek is aan de persoon waar ze het DNA vandaan gehaald hebben, als het kloonproces goed verloopt. Een goed voorbeeld van een reproductieve kloon is het schaap Dolly dat in Schotland in 1996 geboren werd.
Waarom zijn mensen voor, en waarom zijn mensen tegen klonen? Er zijn hevige discussies over klonen/genetische manipulatie. Voorstanders zeggen dat door genetische manipulatie het voedselprobleem in de wereld opgelost kan worden. Ook zou het voedsel beter en gezonder worden. Er wordt ook gezegd dat door klonen in de toekomst nu nog ongeneeslijke ziekten genezen kunnen worden. Tegenstanders zeggen echter dat het klonen nu meteen stopgezet moet worden. Zij zijn bang voor het ergste scenario, dat klonen de wereld over zullen nemen of iets in die richting. Volgens wetenschappers zal dit nooit gebeuren: “De mens is geneigd tot alle kwaad. Ik zal niet zeggen dat er geen misbruik zál worden gemaakt, maar geen dictator leeft lang genoeg om het worst-case-scenario van de The Boys from Brasil werkelijkheid te laten worden. Er is veel infrastructuur voor nodig en je moet wetenschappers en techneuten strikken. En dan duurt het nog altijd vijftien jaar voordat die klonen een geweer kunnen vasthouden”. Wetgeving rondom klonen Er bestaan veel wetten over genetische manipulatie/klonen. In veel landen is het verboden. In Nederland in de meeste gevallen ook. Hier moet het van maatschappelijk belang zijn en de gezondheid van het dier mag niet geschaad worden. Ook mogen er geen alternatieven voor zo'n onderzoek zijn. Hier 2 voorbeelden daarvan - Na de geboorte van Dolly scherpt de regering de regels rond klonen aan. Onderzoekers die dieren willen klonen, moeten vanaf april 1997 een vergunning aanvragen bij de minister van Landbouw. Onderzoek wordt alleen toegestaan als er sprake is van maatschappelijk belang, als de gezondheid van het dier niet wordt geschaad en als er geen alternatieven voor dergelijk onderzoek zijn. -Eind januari 1998 besluit het kabinet het Europese verdrag te ondertekenen waarin het klonen van mensen wordt afgewezen. Nederland is het twintigste Europese land dat de verklaring ondertekent. Wel wil de Nederlandse regering de mogelijkheid open houden om de kloneringtechniek toe te passen op weefsel van embryo's van minder dan twee weken oud. Is klonen echt zo ver weg als we denken? Nee, ook hier in de buurt kunnen we kennismaken met gekloonde dieren. Zij staan in de stal van Naturalis. Het gaat hier om de stier Herman en de 2 koeien Holly en Belle. De stier Herman is alleen geen kloon, maar is alleen genetisch veranderd. Er is een menselijk gen aan hem toegevoegd dat er voor zorgt dat zijn dochters een eiwit kunnen produceren dat lactoferrine heet. Dit eiwit wordt gebruikt voor medicijnen en er wordt verwacht dat deze manier van lactoferrine maken minder bijwerkingen heeft dan de manieren die er tot nu toe zijn. (Dit is ook een van de argumenten vóór klonen)Holly en Belle zijn klonen. Zij zijn een kunstmatig eeneïge tweeling en hebben precies dezelfde genen. De genen zijn afkomstig uit de celkern van een koeieneicel. Die kern is ingebracht bij een bevruchte eicel van een andere koe, waar eerst de eigen celkern uit verwijderd was. In het laboratorium is deze cel gaan delen tot een embryo en daarna zijn de cellen in twee verschillende draagmoederkoeien geplaatst. Bronvermelding Biologie voor jou, Gerad Smits/Ben Waas
Uitgever : Malmberg, Den Bosch
Spectrum encyclopedie 2001 (cd-rom) www.erfelijkheid.nl
www.naturalis.nl
http://scholieren.nrc.nl
www.natuurinformatie.nl
www.proto.thinkquest.nl/~llb109/groot/klonen.html