Hoofdstuk 9, DNA-technologie

DNA-technologie in de praktijk - Eindopdracht HS 9 ANW • Hoe staat het vandaag de dag met DNA? Laat ik eerst eens even vertellen wat DNA eigenlijk betekent. DNA is de afkorting van het Engelse deoxyribonucleic acid (Nederlands: deoxyribonucleïnezuur). Bijna elke cel heeft een kern met daarin DNA. DNA werd in 1869 bij toeval ontdekt door de Zwitserse arts Miesscher. Hij experimenteerde met etter afkomstig van ziekenhuisverband en ontdekte een wittige neerslag afkomstig uit de celkernen. Miesscher noemde het neerslag nucleïne (wat zoiets betekend als kern). Toen onderzoekers ontdekten dat het neerslag zure eigenschappen had, noemden ze de stof nucleïnezuur (kernzuur). 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 bijvoorbeeld de kleur van iemands ogen. Voor elke menselijke cel met kern geldt dat het DNA verdeeld is over 46 chromosomen. Elk chromosoom bestaat uit één groot DNA-molecuul en uit een aantal eiwitten (histonen) voor de stevigheid. Bacteriën bevatten een DNA-molecuul in de vorm van een ring. Er zijn een aantal technieken die bij genetische manipulatie worden gebruikt. Een soort biochemische 'scharen' (restrictie enzymen genaamd) worden gebruikt om het DNA op verschillende plaatsen te knippen en de juiste genen te selecteren. Deze genen worden normaal gesproken ingebracht in een rond stuk DNA (plasmide genaamd) van een bacterie. Deze bacterie vermenigvuldigt zich snel en zo kunnen er in een korte tijd zijn duizenden identieke kopieën (het klonen) van het nieuwe gen geproduceerd worden. Er zijn op dit moment 2 hoofdmethodes die gebruikt kunnen worden om het nieuwe gen in het DNA van een plant of dier (natuurlijk zijn andere organismen ook mogelijk) in te brengen. • Er wordt een 'vervoerder' gecreëerd uit een stukje genetisch materiaal van een virus of bacterie. Deze wordt gebruikt om het nieuwe gen in het eigen DNA van de plant binnen te smokkelen. Een bacterie genaamd Agrobacterium tumefaciens, die gewoonlijk galvorming in planten veroorzaakt, wordt hiervoor veel gebruikt. • De genen worden aangebracht op grote aantallen hele kleine gouden pellets die met een speciaal ‘geweer’ in een laag cellen van het ontvangende organisme worden ‘geschoten’. Met geluk komen enkele hiervan ergens in het DNA in de celkern terecht. Genetisch gemanipuleerde dieren en vissen worden door middel van micro-injectie geproduceerd. Bevruchte eicellen worden met de nieuwe genen geïnjecteerd en deze zullen in enkele gevallen het chromosoom binnendringen en opgenomen worden in het eigen DNA van het dier. Omdat de technieken die gebruikt worden voor het overbrengen van genen zulke lage succescijfers behalen, moeten de wetenschappers er achterkomen welke cellen het nieuwe DNA daadwerkelijk in zich opgenomen hebben. Daarom wordt er een zogenaamde 'marker-gen' aan het nieuwe gen vastgemaakt. Dit gebeurt voordat het gen wordt overgebracht. In het geval van een plant codeert het marker-gen bijvoorbeeld een resistentie tegen een antibioticum of bestrijdingsmiddelen. Cellen die genetisch gemanipuleerd zijn worden vervolgens in een voedingsbodem met daarin het antibioticum of het bestrijdingsmiddel gekweekt. Alleen de planten die succesvol genetisch gemanipuleerd zijn zullen het overleven. Met de planten die overleven zal verder gewerkt worden. • Wat is standaard bij genetische manipulatie? Er zijn een aantal dingen waarbij DNA-technologie wordt gebruikt. De genetische manipulatie is hier al doorgedrongen. Bijvoorbeeld bij planten, klonen, misdaadbestrijding, voeding, veevoer en dieren. Hieronder zullen ze even wat meer besproken worden. • Planten

Zoals al besproken is in het vorige deel van deze opdracht kunnen ze door middel van genetische manipulatie dingen veranderen aan een plant waardoor de plant bijvoorbeeld resistent wordt tegen bepaalde bestrijdingsmiddelen. Zie ook voeding en veevoer. • Klonen
DNA fragmenten die met behulp van restrictie enzymen verkregen zijn kunnen ook in een plasmide (een rond stuk DNA) ingebouwd worden. Er kunnen makkelijk veel plasmiden gemaakt worden. Uit deze plasmiden kan het ingebrachte fragment ‘geknipt’ worden. Op deze manier kan een DNA fragment makkelijk vermenigvuldigd worden. • Voeding
In een heleboel producten zitten genetische gemanipuleerde stoffen verwerkt. Dit kan bijvoorbeeld maïs zijn. Deze maïs is zo genetisch gemanipuleerd dat deze bijvoorbeeld beter groeide. • Veevoer
Via genetisch gemanipuleerd veevoer komt genetische manipulatie toch weer in onze eigen voedselketen terecht. Regelmatig wordt er genetisch gemanipuleerde soja en maïs afgeleverd voor het vee. Er zijn op dit moment nog geen EU-regels voor de scheiding en etikettering van genetisch gemanipuleerd veevoer. Ook zijn er voor vlees en melkproducten die afkomstig zijn van dieren gevoederd met genetisch gemanipuleerd voer geen regelingen getroffen. Grote hoeveelheden genetisch gemanipuleerde soja en maïs komen zo toch in onze voedselketen terecht. En daar kan op het moment weinig aan gedaan worden. • Misdaadbestrijding
DNA-fingerprint is een techniek waarmee de identiteit van een individu (mens, dier of plant) of de mate van verwantschap tussen individuen kan worden vastgesteld. Voor een DNA-fingerprint wordt het DNA (bijvoorbeeld DNA uit een druppel bloed of een haar gehaald) afgebroken met een bepaald enzym. De ontstane DNA-fragmenten worden op grootte gescheiden door middel van elektroforese en de fragmenten worden zichtbaar gemaakt met een stukje (radioactief gemerkt) DNA. Het resultaat is een patroon van banden op een röntgenfilm dat karakteristiek is voor het betrokken individu (daar komt de naam ook vandaan). De kans dat de DNA-patronen van twee personen identiek zijn, is ongeveer één op zestien miljoen. Hierbij moet je wel bedenken dat DNA-fingerprint alleen informatie geeft over de identiteit of over de verwantschap. Informatie over erfelijke eigenschappen vind je niet in de fingerprint terug. Het is echt alleen maar bedoeld voor identificatie. • Dieren (met vissen als voorbeeld) Wereldwijd vindt er genetische manipulatie plaats met minstens 12 verschillende soorten vis, waaronder een paar bekenden: de zalm, baars, forel en de meerval. Door het toevoegen van genen van andere soorten vis, en in sommige gevallen zelfs genen van insecten en mensen, worden de vissen zo genetisch gemanipuleerd dat ze een onnatuurlijk hoog niveau groeihormonen produceren. Deze vissen kunnen dan 2 tot 3 keer sneller groeien dan normale vissen. Genetische manipulatie kan voor problemen zorgen. Het kan zijn dat vissen misvormd raken, niet meer kunnen zwemmen, niet eten of zich niet meer voortplanten zoals normale vissen. • Een beetje geschiedenis van genetische manipulatie Vroeger hadden de mensen wel in gedachten dat de kinderen de eigenschappen van hun ouders erven. Dat is precies zoals we nu denken, maar vroeger dachten ze dat elke eigenschap van een kind een mengsel was van die van de ouders. Neem bijvoorbeeld een wit dier en een zwart dier. Ze dachten dat de nakomeling van deze twee dieren grijs moest zijn. Bij een gele en een blauwe dachten ze dat deze groen werd. Maar dat niet zo, een eigenschap wordt wel of niet helemaal geërfd. Een kind waarvan de ouders bruine en blauwe ogen hebben, krijgt of blauw of bruine ogen (meestal bruin; meer dominant), maar niet een mengsel van bruin en blauw. Tot in 1860 ontdekte de Oostenrijkse wetenschapper Gregor Mendel experimenteel, dat je een eigenschap in zijn geheel erft of niet. Zo’n eigenschap werd een gen genoemd. En al die genen of stukken DNA bij elkaar zijn het hele ‘bouwplan’ van het organisme. Watson en Crick waren de eerste die de vorm van DNA vaststelden en dat DNA de informatie drager is van de erfelijke aanleg. Watson had biochemie gestudeerd en Crick had natuurkunde gestudeerd. Zij gingen samen op zoek naar de structuur van het DNA. Crick raakte in 1946 onder druk van het boek van de beroemde natuurkundige, Erwin Schrondiger. Het boek heette ‘Wat is leven?’. In dit boek had de schrijver betoogd dat de genen de sleutels van ‘het leven’ zijn. Dus Crick en Watson dachten dat als ze het leven willen begrijpen dat ze eerst de genen moeten ontcijferen. De elementen van DNA waren allang bekend, maar men wist niet hoe die elementen in elkaar zaten. Dus Crick en Watson hadden een simpele methode bedacht om de structuur van het DNA misschien te kunnen achterhalen. De methode was ‘puzzelen’, puzzelen totdat de ‘bouwstenen’ in elkaar pasten. Ze kwamen er achter dat de structuur van het DNA een spiraalstructuur is. Ze maakten een model met drie ketens die om elkaar gewend zijn, maar chemisch klopte het niet. Dus ze moesten stoppen met experimenteren, want de directeur van het laboratorium vond dat een enorme geld- en tijdverspilling. Op 21 februari 1953 pasten Watson en Crick het model van het DNA aan; twee ketens in plaats van drie. En zo was de structuur van het DNA opgehelderd. Het was niet zo makkelijk voor Crick en Watson om dat te doen, want er waren ontzettend veel onbekende dingen en problemen die ze mee maakten. Uiteindelijk hebben zij het toch voor elkaar gekregen. Dit was het begin van ‘het begin’ zoals ze weleens zeggen. Na deze veelbelovende start voor deze nieuwe techniek begonnen de onderzoekers zich sterk in genetica te verdiepen. Zij wilden namelijk alle codes van het DNA kennen en weten waarvoor die dienen. Nog maar kort geleden werden er experimenten gedaan om de genetische manipulatie praktisch toe te passen en het was op zich wel gelukt. Genetische manipulatie wordt wel toegepast op proefdieren en (nog?) niet op mensen, want ethisch is het niet acceptabel dat het DNA van de mens gemanipuleerd wordt. Maar nu wordt deze techniek in de Verenigde Staten al wel toegepast op planten. Deze techniek kent zowel tegenstanders als voorstanders, maar tot nu toe is niet gebleken dat de genetisch gemanipuleerde planten of etenswaren de menselijke gezondheid slecht beïnvloeden. Er is ook niet gebleken dat het echt beter is dan de originelen. • Wat begrippen die ik tegen ben gekomen • Micro-injectie
Speciaal soort ‘geweer’ waarmee kan worden ‘geschoten’. Hiermee schieten ze in een laag cellen van een organisme. Met veel geluk komen enkele van de zogenaamde pellets (daarmee wordt geschoten) in het DNA van de celkern terecht. Deze techniek wordt bij genetische manipulatie gebruikt. • Restrictie-enzym
Een soort biochemische 'scharen'. Deze worden gebruikt om het DNA op verschillende plaatsen te knippen en de juiste genen te selecteren. Deze techniek wordt bij genetische manipulatie gebruikt. • Plasmide
Een rond stuk DNA waar genen worden ingebracht. Dit wordt bijvoorbeeld bij het klonen gebruikt.
• Bronnen • http://www.dnasporen.nl/ • http://www.pbs.org/wgbh/aso/tryit/dna/ • http://www.dnafiles.org/ • http://www.vcsun.org/~smetzenb/Bio572_F97/Home/home.html • http://vector.cshl.org/ • http://dna2z.com/DNA-o-gram/dna.html • http://www.dna-adviesgroep.nl/ • http://www.dna.com/ • http://www.biotechnologie.net/ • http://www.greenpeace.nl/