Genteknologi – å arbeide med DNA
For å kunne drive med genteknologi må du ha god kjennskap til hvordan DNA er bygd opp, og hvordan gener koder for proteiner. Siden genteknologi handler om å arbeide med DNA, er det en forutsetning for videre arbeid at vi har isolert DNA.
1. Isolere DNA
For å kunne hente ut DNA trenger vi først en biologisk prøve. Dette kan være en spyttprøve, en bloddråpe, en barnål eller en annen celleprøve. Prøvematerialet avhenger av hvilken organisme vi jobber med.
Vi tilsetter den biologiske prøven en løsning som bryter ned proteinene i cellen og ødelegger cellemembranene, slik at DNA-et blir tilgjengelig. Neste steg er å rense løsningen, slik at vi får rent DNA vi kan jobbe videre med. Isolering av DNA er en standardprosedyre innen genteknologi. Denne prosedyren brukes enten du skal ta en gentest, oppklare en farskapssak, lage vaksiner eller utforske genene til ulike organismer.
2. PCR – kopiere bestemte områder av DNA
Når vi jobber med genteknologi, er vi ofte interessert i et bestemt gen som koder for en egenskap. Siden gener ligger etter hverandre og danner store DNA-molekyler, er det ikke mulig å hente ut enkeltgener basert på de kjemiske egenskapene deres. Vi kan imidlertid bruke en metode som kalles PCR (polymerase chain reaction).
PCR fungerer som en genetisk kopimaskin som kan lese av bestemte områder av DNA og lage kopier av ønsket område. Metoden bygger på samme prinsipp som DNA-replikasjon og styres av endringer i temperatur.
Bruk av PCR krever at vi kjenner baserekkefølgen i hver ende av det området av DNA vi ønsker å kopiere. Takket være sekvensering har vi en stor database med hele baserekkefølgen til flere organismer.
3. Elektroforese – skille DNA-biter fra hverandre
Det kan være nyttig å skille ulike DNA-biter fra hverandre, for eksempel å skille ett oppkopiert gen fra resten av DNA-molekylet. Dette kan vi gjøre ved hjelp av elektroforese.
Elektroforese er en metode som bruker et elektrisk felt til å skille elektrisk ladede partikler fra hverandre. Siden DNA er negativt ladet, vil det trekkes mot den positive polen i et elektrisk felt. Når vi trekker DNA-bitene gjennom et porøst medium, vil vi på grunn av friksjon mellom mediet og DNA-bitene kunne skille DNA-biter av ulik størrelse: Korte DNA-biter beveger seg raskt og trekkes langt, mens lange DNA-biter vil bevege seg langsommere og trekkes kortere. På den måten vil det bli dannet et fragmenteringsmønster av alle DNA-bitene i løsningen.
I tillegg til å skille DNA-biter fra hverandre kan elektroforese brukes til å separere andre molekyler og kjemiske løsninger, for eksempel giftstoffer, proteiner og ulike medisiner.
4. Restriksjonsenzymer – «klippe og lime» DNA
Når vi vil gjøre endringer i et arvestoff, er restriksjonsenzymer helt sentrale. De fungerer som molekylære «sakser» som kan klippe ut deler av DNA. De gjenkjenner bestemte områder i DNA og kutter DNA på en bestemt måte.
Restriksjonsenzymer kan brukes til å lage DNA-profiler, for eksempel ved åstedsgranskning. Det foregår ved at man kutter ulike DNA-prøver med samme restriksjonsenzym og separerer dem ved elektroforese. Fragmenteringsmønsteret vil da gi informasjon om forskjeller og likheter i ulike DNA-prøver som man sammenligner.
Restriksjonsenzymer er også et viktig verktøy når nye DNA-biter skal settes inn i et arvestoff. Vi klipper da alle DNA-bitene med samme restriksjonsenzym, slik at endene passer sammen som brikkene i et puslespill. Når DNA-bitene er klippet og klare, fester vi dem til hverandre ved hjelp av et enzym som heter ligase. Ligase danner bindinger mellom nitrogenbasene i de ulike DNA-bitene og «limer» delene sammen.
Veldig ofte «klippes» og «limes» det i DNA fra ulike organismer. Resultatet kalles da rekombinant DNA.
5. Vektor – overføre DNA mellom ulike celler og organismer
Hvis vi vil overføre gener mellom ulike celler eller organismer, setter vi genet vi ønsker å overføre, inn i en vektor. En vektor er et modifisert DNA-molekyl som fungerer som transportør av genetisk materiale. Vektorer er lagd slik at det er enkelt å legge til gener, og de tas lett opp av andre celler. De inneholder oftest en markør som gjør at vi kan finne ut hvilke celler som har tatt opp vektoren. Sirkulære DNA-molekyler kalt plasmider, som er isolert fra bakterier, er opphavet til de mest brukte vektorene, men virus blir også benyttet mer og mer.
Når vektoren tas opp av en organisme (vert) som formerer seg ved vanlig celledeling, vil det innsatte genet bli kopiert hver gang organismen formerer seg. Bakterier er godt egnet som vertsorganismer, og den mest brukte bakterien innen genteknologi er E. coli. Den formerer seg raskt og er enkel å håndtere i laboratoriet.
Ved å dyrke store kulturer med vertsorganismer kan vi produsere store mengder av et ønsket genprodukt, for eksempel insulin eller veksthormoner.