Moleculaire genetica

Opdracht 1A: De dideoxy-methode van Sanger: De methode van Sanger wordt gebruikt om te sequensen. Dat is het bepalen van de basenvolgorde van DNA. Een restrictie-enzym knipt het DNA in kleine stukjes. Het enzym herkent een bepaalde basenvolgorde, (op beide ketens waardoor er ongelijke losse eindjes ontstaan), en knipt het DNA daar door. Het DNA wordt dus in stukken van ongelijke l;engte geknipt, want overal waar de specifieke base voorkomt wordt geknipt. Voor deze methode zijn veel DNA-moleculen nodig. Men kan stukken DNA inbouwen in plasmiden. Dat zijn kleine, cirkelvormige “buitenchromosomale’ stukjes DNA in bacteriën. Bacteriën gaan het plasmide vermenigvuldigen en vermenigvuldigen zo ook het DNA. Het plasmide met het DNA is dubbelstrengs. Dat moet enkelstrengs worden om een nieuwe DNA streng te kunnen maken, met de andere streng als mal. Om het DNA enkelstrengs te maken wordt de bacteriecel waar het plasmide in zit te infecteren met een virus (M13 virus). Dit virus maakt van het plasmide DNA enkelstrengs kopieën. Je kan het DNA ook enkelstrengs maken door het te verhitten waardoor de waterstofbruggen tussen beide ketens kapot gaan. De basenvolgorde kan opgehelderd worden vanaf een DNA-gedeelte dat al bekend is. (de primerplaats). Door een primer (bekend stukje gelabeld DNA) toe te voegen dat precies op de primerplaats past. Vanaf de primerplaats kan een nieuwe keten groeien. Enzymen kunnen ervoor zorgen dat met de primer als beginpunt een nieuw stuk DNA wordt gemaakt met de oorspronkelijke DNA-keten als mal. Door bouwstenen met een chemisch veranderde suikergroep in te bouwen, stopt de DNA-streng met groeien. Er ontstaan kopieën van het DNA met verschillende lengtes. De DNA-stukken worden gesorteerd op lengte. Dit wordt gedaan d.m.v. elektroforese-technieken. Er zijn vier kanalen, C, T, G en A. De DNA-fragmenten die eindigen op C komen in kanaal C, de fragmenten die eindigen op T komen in kanaal T enz. De fragmenten worden laten lopen in een elektrisch veld (100 volt). De agarose, een luchtige gelei) houdt de lange stukken meer tegen dan de korte waardoor de DNAfragmenten gesorteerd worden op lengte. Hierna kan je met een liniaal of met een computer de basenvolgorde aflezen. Opdracht 1B: De methode van Sanger en de Shot-gun methode Beide methodes worden gebruikt om de basenvolgorde van DNA te bepalen. De verschillen tussen de beide methodes zijn: de manier waarop het DNA in stukken wordt verdeeld en de manier waarop de basenvolgorde wordt afgelezen. Bij de methode van Sanger wordt het DNA geknipt door middel van restrictie-enzymen. Bij de Shotgun-methode wordt het DNA in stukken verdeeld door het te trillen met ultrageluid of door de keten onder druk door een kleine opening te persen. Daarna word er bij beide methodes de DNA-fragmenten gesorteerd op grootte en ingebouwd in het erfelijk materiaal van een bacterie. Zo wordt het DNA vermenigvuldigd. De manier waarop de basenvolgorde wordt bepaald bij de methode van Sanger is hierboven al beschreven. De manier waarop de basenvolgorde wordt bepaald bij de Shot-gun methode: Het sequensen begint aan beide zijden van een fragment. Alleen de eerste vijfhonderd basenparen kunnen goed gesequenced worden, waardoor van een fragment twee korte DNA stukken ontstaan. Deze stukken worden reads genoemd. Alle reads samen bedekken meerdere malen het genoom. Een computer kan alle stukjes bij elkaar puzzelen omdat ze voor een gedeelte overlappen. De methode is niet zo goed dat de basenvolgorde meteen afgelezen kan worden. Na veel werk van een computer zijn veel reads aan elkaar gekoppeld tot grotere puzzelstukken. Deze puzzelstukken worden contigs genoemd. Tussen de contigs zitten nog stukjes onbekend DNA. En van de contigs is het niet meteen duidelijk waar en hoe ze t.o.v. elkaar in het genoom liggen. Hiervoor wordt de dubbelloops methode gebruikt. De reads vormen paren (broertjes) omdat elk stukje van hetzelfde stukje DNA is gesequenced. Als in de 1e contig een read naar links loopt zal het broertje naar rechts lopen. Zo kan je de contigs t.o.v. elkaar ordenen. Een ordening van contigs heet een stellage. Door het gebruiken van markers kunnen de plaatsen van de stellages op het genoom bekend worden. Van sommige stukken DNA is bekend wat de afstand is tot aan het centromeer (dat is het midden van een chromosoom.) Als zo’n marker in een stellage voorkomt is bekend waar de stellage op het chromosoom hoort.
Opdracht 2: Genetische manipulatie in voedsel: een wondermiddel of een gevaar voor de samenleving? Elk mens, elke plant, elk dier en elk micro-organisme heeft erfelijke eigenschappen. Die bevinden zich in de genen in iedere cel van het organisme. Zo’n gen is een stukje DNA met erfelijk eigenschappen van het organisme. Wetenschappers hebben nu de techniek om genen, en dus erfelijke eigenschappen, te veranderen. Dit noemt men genetische manipulatie. Dit wordt nu toegepast in voedingsmiddelen. Tomaten die extra lang houdbaar zijn, de enorme bloemkool die u net heeft gekocht… Meer dan 60% van de voedingsmiddelen zijn al genetisch gemanipuleerd. Volgens sommigen is dit een wondermiddel waarmee enorme problemen kunnen worden opgelost. Anderen zijn echter van mening dat wetenschappers hiermee spelen met het voortbestaan van de hele mensheid en de hele wereld. Waarop baseren deze mensen hun mening, wat zijn de gevolgen van genetische manipulatie? Is genetische manipulatie een wondermiddel of een gevaar voor de samenleving? Een sterk argument van de voorstanders genetische manipulatie is dat zij denken dat het verstrekkende positieve gevolgen kan hebben voor derde wereldlanden. 25% van de wereldbevolking is namelijk afhankelijk van rijst als hoofdvoeding. Als gevolg van het tekort hieraan lijden 400 miljoen mensen aan vitamine A gebrek. Door Zwitserland wordt aan derde wereldlanden nu al zaaigoed voor ‘gele rijst’ verstrekt, met toegevoegd caroteen. Dit is de voorloper van vitamine A. Zo kan vitamine-A gebrek door genetische manipulatie worden voorkomen of genezen. Ook zorgt het voor een duurzame en goedkopere landbouw. De in de inleiding als voorbeeld genoemde reuzenbloemkool zou de omzet in de landbouwsector enorm vergroten. Producten kunnen een gen ingebouwd krijgen waardoor ze langer houdbaar zijn, beter smaken of een mooiere kleur hebben. Door het veranderen van erfelijke eigenschappen kunnen ‘functionele voedingsmiddelen’ worden gemaakt. Extra vitaminen kunnen worden toegevoegd waardoor bijvoorbeeld botontkalking tegen kan worden gegaan en er kunnen kankerpreventieve voedingsmiddelen op de markt worden gebracht. Genetische manipulatie zou nog meer positieve gevolgen voor de gezondheid met zich mee brengen. In gewassen zoals maïs kan een gen worden ingebouwd waar insecten niet tegen kunnen. Zo hoeven weinig tot geen bestrijdingsmiddelen meer te worden gebruikt. Dit alles klink heel mooi maar, zo zeggen de tegenstanders van genetische manipulatie, zijn er ook argumenten die een ander licht op de zaak werpen. De hele evolutie is gebaseerd op genenoverdracht. Dit proces heeft altijd al plaatsgevonden. Er zou ‘genetische vervuiling’ kunnen ontstaan. Wat zou er gebeuren als genetisch gemanipuleerde organismen zich gaan mengen met niet genetisch gemanipuleerde organismen? Dit risico is met name onder micro-organismen, b.v. enzymen, zeer groot. De gevolgen van genetische manipulatie op de lange termijn zijn niet bekend, dit is de voornaamste reden dat een grote groep mensen hiertegen is. Allemaal rare dieren, planten, bacteriën en virussen zouden kunnen ontstaan. Nieuwe en onbekende ziektes, nog gevaarlijker dan kanker. Al met al een moeilijke taak om over dit onderwerp een standpunt in te nemen. Er zijn grote voordelen aan verbonden op de korte termijn. De gevolgen op de langere termijn zijn echter onbekend. Opdracht 3: Hoe vrij is de onderzoeker? De onderzoekers van tegenwoordig zijn tot veel in staat. Ze worden echter in hun mogelijkheden beperkt door ethische bezwaren van bepaalde maatschappelijke groeperingen en ook het moderne bedrijfsleven gooit regelmatig roet in het eten. Bij ethische bezwaren gaat het om de vraag: “wat kan wel, wat kan niet en tot hoever mogen we gaan?” Om geneesmiddelen te testen, wordt vaak gebruik gemaakt van proefdieren, die onder erbarmelijke omstandigheden leven en vervolgens overlijden aan de gevolgen van de proeven. Veel mensen hebben hier bezwaar tegen. Die weerstand is natuurlijk nog veel groter als het gaat om menselijke embryo’s die worden gebruikt om zo bijvoorbeeld menselijke organen te klonen. Vanuit het gezichtspunt van groepen mensen met bepaalde religieuze overwegingen hoeven er niet eens mensen of dieren te lijden voordat zij het oneens zijn met de onderzoeker, elk ingrijpen in de natuur en de evolutie is per definitie verkeerd. “Als je ziek wordt is dat Gods wil, daar moet je niet mee gaan klooien”, zo redeneren zij. Naast de hierboven genoemde ethische beperkingen zijn er nog een aantaal beperkingen vanuit het bedrijfsleven en de overheid die allemaal op hetzelfde neerkomen: geld. In Amerika is men ver met het kunnen klonen van weefsels en organen, president Bush is het hier echter niet mee eens en heeft nu de financiering stopgezet. Hierdoor kunnen de onderzoekers niet verder gaan met het klonen van weefsels en organen. In het NRC van 7 sept. 2001 stond een artikel over het bedrijf Pharma wiens onderzoekers het bijna onmogelijk werd gemaakt een nieuw geneesmiddel voor de ziekte van Pompe uit te vinden door een gebrek aan financiering/ bekostiging. Veel onderzoeken moeten worden stopgezet vanwege het feit dat het financieel ongunstig is voor bepaalde bedrijven of wanneer de overheid de subsidiekraan dicht draait. Daarnaast is het zo dat onderzoekers niet vrij zijn om zelf de richting te bepalen waarin ze onderzoek willen doen, omdat ze afhankelijk zijn van de opdrachtgevers zowel voor wat betreft hun salaris, maar ook als het gaat om het bepalen van her onderzoeksterrein. De conclusie is dus dat onderzoekers niet van al hun kwaliteiten gebruik kunnen maken door bepaalde beperkingen opgelegd vanuit de maatschappij, het bedrijfsleven en de politiek.