Genteknologi på naturfagrommet

Ikkje alle former for genteknologi krev kostbart utstyr og årelang forskarerfaring. Nokre av dei mest grunnleggjande prinsippa kan demonstrerast på naturfagrommet på dei fleste skular.

Bioteknologi omfattar all teknologi der ein bruker levande organismar, og bioteknologi i ulike former har vore i bruk i fleire tusen år, for eksempel for å bake brød og bryggje øl. Når ein bruker genteknologi, endrar eller undersøkjer ein arvestoffet til ein organisme. Slik teknologi har berre vore i bruk sidan midten av 1970-talet (sjå tidslinje). Då ein fekk teknologi for å jobbe med og studere enkeltgen og endre på gena til ein organisme, opna det seg ei heilt ny verd av moglegheiter for å forstå og kontrollere biokjemiske prosessar.

I dag bruker ein genteknologi innan mange område både på menneske, dyr, plantar og mikroorganismar. Her skal vi forklare nokre av basismetodane i genteknologi som kan utførast på naturfagrom på skular, men først må vi sjå på DNA-molekylet.

Arvestoffet – DNA

Arvestoffet vårt, DNA-et, er bygd opp av fire byggjesteinar: basane adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og tymin (T). Desse basane er kopla saman på lange trådar. To trådar er tvinna om kvarandre slik at det blir danna basepar mellom basane på dei to trådane. Det er alltid slik at A og T dannar basepar saman, medan G og C dannar basepar saman (figur 1).

Eit gen er eit stykke av eit DNA-molekyl som kodar for eit protein (sjå temaark om arv og genetikk). Det er proteina som utfører dei ulike jobbane i cellene. Proteina er bygde opp av lange rekkjer av aminosyrer. Tre og tre basar i DNA-et kodar for ei aminosyre i proteinet. Det er stort sett dei same tre og tre basane i DNA-et som kodar for same aminosyre i proteina i alle organismar, så koden er nesten universell. Difor er det mogleg å setje gen frå éin organisme inn i ein annan organisme og få genet til å lage proteinet det kodar for, i den organismen òg.

 Isolering av DNA

Isolering av heile arvestoffet (genomet) til ein organisme er ein standardprosedyre i laboratoriearbeid. Metoden blir brukt både når ein skal analysere DNA-et til ein person, og når ein forskar på ulike typar organismar. Ein treng då ei biologisk prøve å isolere DNA-et frå. Biologiske prøver kan vere celler frå ulike typar vev. Hos menneske bruker ein ofte blod.

For å isolere DNA-et må ein først øydeleggje cellene, slik at DNA-et som ligg i cellekjernen, blir tilgjengeleg. Dette gjer ein ved å blande cellene med såpe. Såpa øydelegg cellemembranane, som består av feitt. Ein må så tilsetje enzym som øydelegg proteina i cella, slik at DNA-et som kjem ut av cellekjernen, ikkje blir øydelagt av enzyma til cella. Til slutt må ein skilje DNA-et frå alt det andre i cella, slik at ein sit att med ei løysning som berre inneheld DNA. Dette gjer ein ved å tilsetje alkohol (for eksempel etanol). DNA-et samlar seg då i sjiktet mellom alkoholen og resten av løysninga, og flokar av DNA-trådar blir synlege for auget. Dette DNA-et kan ein så løyse i ei eigna væske (ein buffer) som gjer det stabilt.

Kopiere DNA med PCR

Oppkopiering av DNA ved hjelp av PCR

Medan protein finst enkeltvis i cellene og kan isolerast ut frå bestemte kjemiske eigenskapar, er ikkje dette mogleg med eit gen eller eit anna DNA-område, fordi det berre er ein liten del av eit stort kromosom. Det kan difor vere som å leite etter ei nål i ein høystakk å skulle få tak i det DNA-området ein skal arbeide med. Men etter at vi fekk PCR-metoden i 1986, har dette arbeidet blitt mykje lettare. Ved hjelp av PCR (Polymerase Chain Reaction – polymerase kjedereaksjon) får ein i løpet av kort tid ekstremt mange kopiar av akkurat det DNA-området ein er ute etter. For å kunne bruke PCR-metoden må ein kjenne til baserekkjefølgja til delar av DNA-området ein skal kopiere (figur 2).

Kopiering av DNA med PCR blir mykje brukt i forsking når ein for eksempel skal få tak i genet for eit protein, eller når ein skal analysere DNA. Dersom ein for eksempel ønskjer å lage ein DNA-profil for å identifisere ein person, bruker ein PCR for å få mange kopiar av dei DNA-områda som skal analyserast (sjå faktasida om gentesting).

Klippe og lime DNA

Klippe og lime DNA med enzymer.

Når ein skal setje saman ulike DNA-bitar, det vil seie lage såkalla rekombinant DNA, må ein klippe og lime DNA-et. Det kan for eksempel vere at ein vil setje eit gen frå menneske inn i eit plasmid (eit sirkulært DNA-molekyl) som etterpå skal setjast inn i ein bakterie for å produsere det proteinet genet kodar for.

Først må ein behandle DNA-et for å lage DNA-bitar som passar saman. Det er vanleg å klippe/kutte DNA-et slik at den eine DNA-tråden blir lengre enn den andre i endane (figur 3). Dette gjer ein ved å blande DNA-et med «molekylære sakser» som blir kalla restriksjonsenzym. Dette er protein som kjenner igjen spesifikke DNA-sekvensar og deler DNA-et ved desse sekvensane. Restriksjonsenzyma er reinsa for bakteriar der dei finst naturleg, for å verne bakteriane mot ukjent DNA frå for eksempel virus.

Dersom ein ønskjer å kople saman ulike DNA-bitar, bruker ein eit «molekylært lim» som blir kalla ligase. Dette er eit enzym som kan binde saman DNA-bitar som passar saman.

Kutting av DNA med restriksjonsenzym er òg vanleg å bruke når ein skal analysere DNA-et for eksempel for å finne ut kva variant ein person har av eit gen (les meir om dette på temaarket om gentesting).

 

Gelektroforese

Gelelektroforese

Når ein kuttar DNA, arbeider ein med svært små mengder DNA og enzym, og ein kan ikkje sjå kva som skjer med DNA-et direkte. Ein må difor sjekke resultatet ved for eksempel å køyre gelelektroforese på DNA-prøvene. Ved ulike typar gelelektroforese skil ein DNA-bitar frå kvarandre etter storleik. Ein kan bruke ein gel (ei geléliknande plate) som er laga av agarose eller polyakrylamid. Denne gelen er full av porar som gjer at små molekyl lett kan vandre gjennom, medan store molekyl blir hindra i å vandre framover. I gelen plasserer ein DNA-prøver i brønnar (figur 4). Prøvene er blanda med eit fargestoff som gjer at ein lett ser kva ein gjer (sjå bilete). Gelen ligg i eit kar i ei væske (ein buffer) som inneheld ion, slik at han leier straum. I karet har ein elektrodar, og gelen ligg slik at brønnane ligg ved den negative polen. DNA-et er negativt lada og vil vandre mot den positive polen når ein set på straum. Etter ei tid vil dei små DNA-bitane ha vandra langt, medan dei store bitane har vandra kort. Fargen i prøvene oppfører seg som dei kortaste DNA-bitane og vil difor vandre fremst i gelen.

 Når gelelektroforesen er ferdig, legg ein gelen i eit anna fargestoff, som bind seg til DNA-bitane i gelen. DNA-et blir då synleg som band i gelen. Ein kan finne storleiken på dei ulike DNA-bitane ved å samanlikne med banda i ei DNA-prøve der storleiken på alle DNA-bitane er kjende. Gelelektroforese blir brukt i fleire ulike samanhengar for å analysere DNA.

 

Å lage ein genmodifisert organisme

Dersom ein ønskjer å få ein bakterie til å produsere eit bestemt protein, for eksempel insulin som kan brukast som medisin av personar med diabetes, må ein lage eit plasmid som inneheld genet for proteinet (figur 3). Plasmidet med genet blandar ein så med bakteriar under slike forhold at plasmidet kjem inn i bakteriane (figur 5). For at ein etterpå skal kunne sjekke at ein verkeleg har fått genet inn i bakterien, er det vanleg å ha eit såkalla markørgen i plasmidet. Ved hjelp av dette markørgenet kan ein lett finne dei bakteriane som har teke opp plasmidet med dei nye gena.

Genmodifisering av bakterie.

Markørgenet kan for eksempel vere eit gen for antibiotikaresistens. Då dyrkar ein bakteriane med antibiotika til stades, slik at berre dei bakteriane som har fått antibiotikaresistensgenet, klarer å vekse opp. Dei bakteriane som har fått markørgenet, har òg fått genet for proteinet ein er interessert i. Markørgenet kan òg vere eit gen som gir bakteriane farge. Det er for eksempel mogleg å bruke eit gen som kodar for eit grønt protein (grønt fluorescerande protein – GFP) i ein grøn manet. Bakteriar som får dette manetgenet, blir grøne når det blir produsert protein frå genet (figur 5).

Når ein har valt ut bakteriar som har dei gena ein ønskjer, og som ein veit produserer det ein vil, for eksempel insulin, dyrkar ein opp desse bakteriane i store mengder. Deretter reinsar ein produktet, insulinet, ut frå «bakteriesuppa» ved hjelp av biokjemiske metodar.

Produksjon av insulin i bakteriar var noko av det første som blei gjort innan genteknologien (1978). I dag kan ein setje inn gen og endre på eigenskapane til meir avanserte organismar enn bakteriar (sjå temasida om genmodifiserte dyr og mikroorganismar).

 

Etiske problemstillingar

Bruk av genteknologi der ein lagar rekombinant DNA og organismar med nye eigenskapar, er svært nyttig i forsking, men reiser òg etiske problemstillingar, for eksempel:

  • Er det rett å prøve å endre på gena til dyr og menneske?
  • Kan det vere skadeleg for miljøet og naturlege plantar at det blir dyrka genmodifiserte plantar?
  • Kan det oppstå nye og farlegare mikroorganismar?

 

Innhaldet på denne sida vart sist oppdatert i oktober 2016. Ein tidlegare versjon vart laga med støtte frå Forskingsrådet. 

Send oss en epost hvis du har spørsmål eller kommentarer til innholdet.

Siden ble opprettet: 13.07.2010. Siden ble oppdatert: 10.10.2016

© 2017 Bioteknologirådet. | Design: Tank - Utviklet av: Spekter