מהי טכנולוגיית DNA רקומביננטית?

DNA רקומביננטי, או rDNA, הוא DNA הנוצר על ידי שילוב של DNA ממקורות שונים דרך תהליך הנקרא רקומבינציה גנטית. לעתים קרובות המקורות הם מאורגניזמים שונים. באופן כללי, DNA מאורגניזמים שונים יש אותו מבנה כללי כימי. מסיבה זו ניתן ליצור DNA ממקורות שונים על ידי שילוב של גדילים.

Takeaways מפתח

ל- DNA רקומביננטי יש יישומים רבים בתחום המדע והרפואה. שימוש ידוע אחד ב- DNA רקומביננטי הוא בייצור של אינסולין. לפני כניסתה של טכנולוגיה זו, האינסולין הגיע ברובו מבעלי חיים. ניתן לייצר אינסולין ביעילות רבה יותר באמצעות אורגניזמים כמו E. קולי ושמרים. על ידי הכנסת ה- גן לאינסולין מבני אדם באורגניזמים אלה, ניתן לייצר אינסולין.

בשנות השבעים של המאה העשרים מצאו המדענים סוג של אנזימים שניתקו את ה- DNA באופן ספציפי נוקליאוטיד שילובים. אנזימים אלו ידועים כאנזימי הגבלה. תגלית זו אפשרה למדענים אחרים לבודד DNA ממקורות שונים וליצור את מולקולת ה- rDNA המלאכותית הראשונה. אחר כך התגלו תגליות אחרות, וכיום קיימות מספר שיטות לשילוב DNA מחדש.

בעוד שמספר מדענים סייעו בפיתוח תהליכי DNA רקומביננטיים אלה, פיטר לובבן, סטודנט לתארים מתקדמים בהנחייתו של דייל קייזר במחלקה לביוכימיה באוניברסיטת סטנפורד זוכה בדרך כלל להיות הראשון שהציע את הרעיון של רקומביננט DNA. אחרים בסטנפורד סייעו בפיתוח הטכניקות המקוריות בהן נעשה שימוש.

בעוד שמנגנונים יכולים להיות שונים זה מזה, התהליך הכללי של שילוב גנטי כרוך בשלבים הבאים.

1. גן ספציפי (למשל, גן אנושי) מזוהה ומבודד.
2. גן זה מוכנס לתוך א וקטור. וקטור הוא המנגנון באמצעותו מועבר החומר הגנטי של הגן לתא אחר. פלסמידים הם דוגמא לווקטור נפוץ.
3. הווקטור מוחדר לאורגניזם אחר. ניתן להשיג זאת על ידי מספר שונים העברת גנים שיטות כמו sonication, מיקרו זריקות, ו elroproporation.
4. לאחר הצגת הווקטור, תאים שיש להם את הווקטור הרקומביננטי מבודדים, נבחרים ומגדלים.
5. הגן מתבטא כך שבסופו של דבר ניתן לסנתז את המוצר הרצוי, בדרך כלל בכמויות גדולות.

טכנולוגיית ה- DNA רקומביננטי משמשת במספר יישומים הכוללים חיסונים, מוצרי מזון, מוצרים פרמצבטיים, בדיקות אבחון וגידולים מהונדסים גנטית.

חיסונים עם חלבונים ויראליים המיוצרים על ידי חיידקים או שמרים מגנים ויראליים ששולבו מחדש נחשבים לבטוחים יותר מאלו שנוצרו בשיטות מסורתיות יותר ומכילים חלקיקים נגיפיים.

כאמור, אינסולין הוא דוגמא נוספת לשימוש בטכנולוגיית DNA רקומביננטית. בעבר התקבל אינסולין מבעלי חיים, בעיקר מהלבלב של חזירים ופרות, אך באמצעות רקומביננטיות טכנולוגיית ה- DNA להכנסת גן האינסולין האנושי לחיידקים או שמרים הופכת את הפשוטה יותר לייצור גדול יותר כמיות.

מספר מוצרים פרמצבטיים אחרים, כמו אנטיביוטיקה ותחליפי חלבון אנושי מיוצרים בשיטות דומות.

מספר מוצרי מזון מיוצרים בטכנולוגיית DNA רקומביננטית. דוגמא אחת נפוצה היא האנזים chymosin, an אנזים משמש בייצור גבינה. באופן מסורתי, הוא נמצא בריח שמכינים מקיבת עגלים, אך מייצר chymosin באמצעות הנדסה גנטית הרבה יותר קל ומהיר (ואינו מצריך הרג של צעירים חיות). כיום, רוב הגבינות המיוצרות בארצות הברית מיוצרות עם צ'ימוזין מהונדסים גנטית.

טכנולוגיית ה- DNA רקומביננטי משמשת גם בתחום בדיקות האבחון. בדיקות גנטיות למגוון רחב של מצבים, כמו סיסטיק פיברוזיס וניוון שרירים, נהנו מהשימוש בטכנולוגיית rDNA.

טכנולוגיית ה- DNA רקומביננטי שימשה לייצור גידולים חסינים נגד קוטלי עשבים וחרקים. הגידולים הנפוצים ביותר נגד קוטלי עשבים הם עמידים למריחה של גליקוזט, הרוצח עשבים נפוץ. ייצור יבולים כזה אינו נוגע לבעיה, שכן רבים מפקפקים בבטיחותם לטווח הרחוק של גידולים מהונדסים גנטיים כאלה.

מדענים נרגשים לקראת עתיד המניפולציה הגנטית. בעוד שטכניקות באופק שונות זו מזו, כולן משותפות לדיוק איתו ניתן לטפל בגנום.

דוגמא אחת כזו היא CRISPR-Cas9. האם היא מולקולה המאפשרת הכנסת DNA או מחיקתו בצורה מדויקת ביותר. CRISPR הוא ראשי תיבות של "Clustered Regulared Interspaced Short Palindromic Repeats" בעוד ש- Cas9 מעיד על "חלבון 9 הקשורים CRISPR". במהלך השנים האחרונות הקהילה המדעית התלהבה מהסיכויים לשימוש בה. תהליכים משויכים הם מהירים יותר, מדויקים יותר ופחות יקרים משיטות אחרות.

בעוד שחלק גדול מההתקדמות מאפשרת טכניקות מדויקות יותר, גם שאלות אתיות עולות. לדוגמא, מכיוון שיש לנו את הטכנולוגיה לעשות משהו, האם זה אומר שעלינו לעשות את זה? מהן ההשלכות האתיות של בדיקות גנטיות מדויקות יותר, במיוחד כשהן קשורות למחלות גנטיות אנושיות?

מהעבודה המוקדמת של פול ברג שארגן את הקונגרס הבינלאומי בנושא מולקולות DNA רקומביננטיות בשנת 1975, ועד היום בהנחיות שנקבעו על ידי המוסדות הלאומיים לבריאות (NIH), הועלו מספר חששות אתיים תקפים מופנה.

בהנחיות ה- NIH, מציינים כי הם "מפרטים נוהלי בטיחות ונהלי הכלה למחקר בסיסי וקליני הכולל רקומביננטיות או סינתטיות מולקולות חומצות גרעיןכולל יצירה ושימוש באורגניזמים ווירוסים המכילים חומצה גרעין רקומביננטית או סינתטית מולקולות. "ההנחיות נועדו לתת לחוקרים הנחיות להתנהלות נכונה לביצוע מחקר ב השדה הזה.

ביו-חוקרים טוענים כי על המדע להיות תמיד מאוזן מבחינה אתית, כך שהקידום מועיל למין האנושי ולא מזיק.

• קוצ'וני, דינה טי וג'זיר הנף. "5 שלבים בטכנולוגיית DNA רקומביננטית או בטכנולוגיית RDNA." 5 שלבים בטכנולוגיית DNA רקומביננטית או RDNA Technology ~, www.biologyexams4u.com/2013/10/steps-in-recombinant-dna-technology.html.
• מדעי החיים. "ההמצאה של טכנולוגיית ה- DNA של LSF רקומביננטית." בינוני, מגזין LSF, 12 בנובמבר. 2015, medium.com/lsf-magazine/the-invention-of-recombinant-dna-technology-e040a8a1fa22.
• "הנחיות NIH - משרד המדיניות למדע." מכוני הבריאות הלאומיים, המחלקה לבריאות ושירותי אנוש בארה"ב, osp.od.nih.gov/biotechnology/nih- Guidelines/.