genteknologi

Man kan sammenkoble DNA-fragmentet fra donoren med et bærer-DNA, en såkaldt vektor, inden overførslen til modtageren. Vektorer er DNA-molekyler, der er særligt egnede til at blive flyttet mellem forskellige organismer eller celler. Ofte anvender man de såkaldte plasmider, som er ringformede DNA-molekyler, der findes i bakterier. Man klipper plasmidet op med et restriktionsenzym og blander det med donor-DNA, der er blevet klippet med det samme restriktionsenzym, hvorefter man sammenkobler DNA-molekylerne vha. enzymet DNA-ligase. Herved fremkommer rekombinant DNA. Via plasmiderne overføres donor-genet til modtagercellerne, når disse optager plasmiderne. Inden overførslen af de rekombinante DNA-molekyler til modtagercellerne kan man behandle cellerne, så de bliver mere gennemtrængelige for DNA, fx ved elektroporering eller behandling med et calciumsalt.

En anden slags vektor, som ofte anvendes, er genetisk materiale fra virus. Dette sammenkobles med donor-DNA, som følger med virussens genetiske materiale, når virussen trænger ind i værtcellen. En særlig type vektorer er cosmider. Et cosmid er et plasmid, hvori man har indsat en DNA-sekvens kaldet cos fra en bestemt bakteriofag (bakterievirus). Cos-sekvensen bevirker, at plasmidet bliver indpakket i bakteriofagen, som derefter kan inficere bakterier og overføre DNA.

Efter at bakterier har optaget rekombinant DNA, formeres DNA-molekylerne inde i bakterierne. Bakterier fordobler sig hurtigt, og man kan således masseproducere bakterier, der indeholder bestemte rekombinante DNA-molekyler. For at være sikker på, at man kun opformerer bakterier, der indeholder det fremmede DNA, kan man knytte et gen for antibiotikaresistens til det rekombinante DNA. Når bakterierne har optaget det rekombinante DNA, tilsættes bakteriekulturen det pågældende antibiotikum, som dræber alle bakterier, der ikke indeholder det nye DNA. Man kan let fremdyrke bakterier, der alle stammer fra en enkelt bakterie, en såkaldt klon (gruppe af genetisk identiske individer). Alt afkom fra den oprindelige bakterie indeholder samme slags rekombinant DNA. Man siger derfor, at man kloner DNA ved denne fremgangsmåde.

Rekombinant DNA-teknik med simple værtsorganismer som bakterier og gær anvendes til mange formål, bl.a. fremstilling af DNA-molekyler til forskningsbrug samt produktion af proteiner og andre stoffer i medicinalindustrien og andre bioteknologiske virksomheder. Ved at overføre gener fra mennesket til bakterier eller gærceller kan man få disse til at producere menneskelige proteiner, der kan anvendes som lægemidler, fx insulin og væksthormon.

Fordelene ved lægemidler fremstillet vha. rekombinant DNA-teknik er, at råvarekilden er konstant, at lægemidlets protein i reglen har samme sammensætning som kroppens eget tilsvarende protein og derfor ikke giver anledning til immunforsvarsreaktioner, samt at der ikke er nogen risiko for smittespredning fra lægemidlet. Desuden kan man lave ændringer i det isolerede gen og dermed i proteinproduktet, således at der kan fremstilles lægemidler med nye egenskaber, fx insulin, der virker over længere tid. Endvidere er produktionsomkostningerne lavere, end hvis man udvinder stofferne af levende eller afdøde mennesker eller dyr. Ved fremstilling af vacciner overføres et gen fra den infektiøse organisme til en værtcelle, som oftest en bakterie, gær- eller pattedyrcelle. Det er tilstrækkeligt at anvende det bestemte gen, der koder for det stof, som giver anledning til immunitet. Man har således fremstillet vaccine mod hepatitis B (smitsom leverbetændelse). Vacciner fremstillet på denne måde er ufarlige, idet de produceres af celler, som kun indeholder et fragment af den infektiøse organismes genetiske materiale.

Rekombinant DNA-teknik har gjort det muligt at fremstille bestemte gener i stor mængde, også gener fra planter, dyr og mennesker. DNA, som massefremstilles ved kloning, anvendes til at studere geners opbygning og funktion. Som eksempel kan nævnes menneskets gen for faktor VIII, som er en blodkoagulationsfaktor, der mangler hos patienter med blødersygdom. Det første trin i isoleringen af dette gen er fremstillingen af en meget stor samling af forskellige rekombinante DNA-molekyler i bakterier, der tilsammen repræsenterer det totale genetiske materiale fra mennesket. En sådan samling rekombinante DNA-molekyler kaldes et DNA-bibliotek. Efter kloning af de bakterier, der indeholder DNA-biblioteket, er det muligt at identificere de bakterier, der indeholder genet for faktor VIII.

I naturens mangfoldighed af bakterier findes nogle, som kan nedbryde visse forurenende stoffer i fx spildevand og affald samt olie. Ved at indsætte gener fra disse bakterier i bakteriestammer, der let kan opformeres i laboratoriet, får man mulighed for forureningsbekæmpelse ved bionedbrydning i et omfang, som overstiger naturens egen kapacitet.

Ved traditionel planteforædling udvælger man til formering de planter, hvor de ønskede egenskaber fremtræder tydeligst. På denne måde ændres planternes genetiske materiale efterhånden i en bestemt retning, men at udvikle nye plantesorter ad denne vej er særdeles tids- og resursekrævende. Vha. genteknologi kan man overføre enkelte gener for bestemte egenskaber til planterne. Som vektor kan fx anvendes et plasmid fra jordbakterien Agrobacterium tumefaciens. I naturen inficerer denne bakterie planter. Under infektionen overføres bakteriens plasmid-DNA til plantecellerne, hvor det indbygges i plantens arvemasse. Det bevirker, at cellernes vækst ændres, og der dannes svulster på stængler og rødder. I laboratoriet kan man sammenføje det gen, som ønskes overført til planten, med bakteriens plasmid, efter at plasmidet er klippet op med et restriktionsenzym. Det derved fremkomne rekombinante DNA-molekyle føres derefter tilbage til bakterien, som man dernæst lader inficere planteceller. Herved overføres det rekombinante DNA. Plantecellerne med det nye gen opformeres og danner hele, transgene planter, som besidder den nye egenskab. Man kan også anvende særlige plantevirus til overførslen af gener.

Ved at overføre gener på denne måde kan man gøre planter resistente over for visse skadelige insekter, idet det nye gen får planten til at danne et protein, som er giftigt for insekterne eller gør dem resistente over for ukrudtsbekæmpelsesmidler, fx har man i Danmark udviklet sukkerroer, som er resistente over for et ofte benyttet ukrudtsmiddel. Endvidere kan man forbedre planters ernæringsmæssige egenskaber. Det er tænkeligt, at man vil anvende transgene planter til fremstilling af lægemidler, fx arbejdes der med udvikling af transgene tobaksplanter til fremstilling af antistoffer.

Med rekombinant DNA-teknik kan man gøre tilsvarende indgreb i det genetiske materiale i celler fra dyr. Man kan anvende vektorer, der er udviklet fra virus, som inficerer dyr. Gensplejsede pattedyrceller, som dyrkes i cellekulturer, kan anvendes til produktion af fx lægemidler. Visse komplicerede proteiner bliver ikke biologisk aktive, hvis de produceres i simple mikroorganismer som bakterier. Proteinerne skal foldes på en bestemt måde eller modificeres på anden vis, hvilket kun sker, hvis disse proteiner bliver dannet i celler fra mere komplekse organismer, fx pattedyr.

Man kan også lave genetisk ændrede dyr, transgene dyr. Det fremmede gen overføres ved mikroinjektion til et befrugtet æg, hvor det integreres i æggets kromosomale DNA. Ægget anbringes i en livmoder, hvor det udvikles til et transgent dyr. Transgene dyr, fx mus, anvendes til forskning i geners funktion. Teknikken åbner mulighed for at forædle husdyr, så de vokser hurtigere, er resistente mod visse sygdomme osv. Endvidere kan fremstilles transgene dyr, som danner bestemte proteiner i blodet eller mælken, hvorfra man så kan oprense proteinerne, såkaldt genetic farming; visse lægemidler kan fremstilles på denne måde.

Med rekombinant DNA-teknik kan man også foretage indgreb i menneskets arvemasse, og teknikken forsøges anvendt til at behandle visse arvelige sygdomme hos mennesker, hvilket betegnes genterapi. Også erhvervede sygdomme som kræft og visse virussygdomme er emner for genterapi.