Ανασυνδυασμένο DNA

Το ανασυνδυασμένο DNA (rDNA, ονομάζεται επίσης χιμαιρικό DNA) είναι ένα τεχνητό μόριο DNA, το οποίο έχει δημιουργηθεί από τον συνδυασμό δύο τουλάχιστον τμημάτων γενετικού υλικού από δύο ή και περισσότερους διαφορετικούς βιολογικούς οργανισμούς. Ο συνδυασμός των διαφορετικών τμημάτων είναι μία σχετικά πολύπλοκη διαδικασία, η οποία πραγματοποιείται με την επικουρία διαφόρων ενζύμων (π.χ. των περιοριστικών ενδονουκλεασών, της DNA δεσμάσης, κ.ά.) συνήθως μέσα σε ένα πλασμίδιο ή DNA φάγου.^[1][2] Η μέθοδος του ανασυνδυασμένου DNA αναπτύχθηκε κατά τη δεκαετία του 1970 και σήμερα αποτελεί τη βάση της γενετικής μηχανικής. Η τελευταία με τη σειρά της αποτελεί κεντρικό πυλώνα της βιοτεχνολογίας.^[3]

Στην τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA, τμήμα γενετικού υλικού (γονίδιο) ξένου οργανισμού ενσωματώνεται στο πλασμίδιο. Με αυτόν τον τρόπο, όταν το πλασμίδιο προωθηθεί στον πυρήνα του κυττάρου ξενιστή, το γονίδιο θα μεταγραφεί σε mRNA, το οποίο στη συνέχεια θα μεταφερθεί στο ριβόσωμα για τη μετάφρασή του, σε μια διαδικασία η οποία ονομάζεται έκφραση του γονιδίου.^[1]

Χρήσεις

Οι τεχνικές που επιτρέπουν την παραγωγή και χρήση του ανασυνδυασμένου DNA χρησιμοποιούνται^[3]:

• στη γεωργία και την κτηνοτροφία, για την παραγωγή γενετικά τροποποιημένων οργανισμών με βελτιωμένα χαρακτηριστικά.
• στην ανθρωπολογία, για την κατανόηση των μυστηρίων της εξέλιξης της ζωής πάνω στον πλανήτη.
• στην ιατρική, για την παραγωγή αντιβιοτικών, εμβολίων ή θεραπευτικών ορμονών, όπως η ινσουλίνη.

Τεχνολογία

Κεντρικό ρόλο στην τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA διαδραματίζουν τα πλασμίδια, τα οποία είναι δίκλωνα κυκλικά μόρια DNA που υπάρχουν σε ορισμένα βακτήρια. Τα πλασμίδια έχουν τη δυνατότητα να μεταφέρονται από ένα βακτήριο σε άλλο, να λειτουργούν δηλαδή ως φορείς του γενετικού υλικού. Η κλωνοποίηση σε πλασμίδια είναι σχετικά απλή και γι' αυτό τα πλασμίδια αποτελούν το συνηθέστερο φορέα κλωνοποίησης για οργανισμούς με μικρό γονιδίωμα. Ένας άλλος φορέας που χρησιμοποιείται ευρύτατα γιατί μπορεί να ενσωματώσει μεγαλύτερα κομμάτια "ξένου" DNA, είναι ο βακτηριοφάγος λ. Η στρατηγική της κλωνοποίησης είναι η ίδια με αυτήν που χρησιμοποιείται και στα πλασμίδια.

Σημαντικό ρόλο επίσης διαδραματίζουν οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες, ένα είδος ενζύμων που αναγνωρίζουν ειδικές αλληλουχίες 4-8 νουκλεοτιδίων στο δίκλωνο DNA και κόβουν κάθε αλυσίδα σε μία συγκεκριμένη θέση, διασπώντας τον 3'-5' φωσφοδιεστερικό δεσμό και λειτουργώντας με κατεύθυνση 5'→3'. Η περιοριστική ενδονουκλεάση που περισσότερο χρησιμοποιείται είναι η EcoRI, η οποία απομονώθηκε αρχικά από το βακτήριο Escherichia coli.

Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται από τέσσερα στάδια^[1][3][4]:

• Στο πρώτο στάδιο απομονώνεται το DNA κάποιου οργανισμού και με τη βοήθεια των περιοριστικών ενδονουκλεασών κόβεται σε κομμάτια. Στη συνέχεια, τα κομμάτια αυτά ενσωματώνονται μέσα σε πλασμίδια, στα οποία προηγουμένως το ίδιο ένζυμο (η περιοριστική ενδονουκλεάση) έχει δημιουργήσει «κενά» στην κυκλική αλυσίδα DNA κάθε πλασμιδίου.
• Με τη βοήθεια ενός ειδικού ενζύμου, της DNA δεσμάσης, τα δύο είδη DNA, του οργανισμού-δότη και του πλασμιδίου, ενώνονται. Με αυτό τον τρόπο παράγονται ανασυνδυασμένα πλασμίδια, κυκλικά δηλαδή μόρια DNA, καθένα από τα οποία περιέχει κάποιο κομμάτι από το DNA του οργανισμού-δότη. Εκτός αυτών, ορισμένα πλασμίδια επανέρχονται στην αρχική τους κατάσταση, χωρίς να προσλάβουν DNA του οργανισμού.
• Στο τρίτο στάδιο τα πλασμίδια, ανασυνδυασμένα ή όχι, εισάγονται σε κάποιο βακτήριο, προκειμένου μέσω αυτού να εκφραστούν οι γενετικές πληροφορίες που υπάρχουν σε αυτά (π.χ. να γίνει πρωτεϊνοσύνθεση). Η διαδικασία εισαγωγής των πλασμιδίων στα βακτήρια ονομάζεται μετασχηματισμός.
• Στο τέταρτο στάδιο διαχωρίζονται τα βακτήρια που περιέχουν πλασμίδια τα οποία έχουν υποστεί ανασυνδυασμό του DNA τους, από τα υπόλοιπα. Κριτήριο διαχωρισμού μπορεί να αποτελεί η αντοχή των βακτηρίων σε κάποιο αντιβιοτικό. Παράλληλα κάθε βακτήριο ανασυνδυασμένου DNA πολλαπλασιάζεται παράγοντας ένα βακτηριακό κλώνο, μια ομάδα δηλαδή πανομοιότυπων βακτηρίων.
• Στο τελευταίο στάδιο, επιλέγεται ο βακτηριακός κλώνος που περιέχει το τμήμα DNA που επιθυμεί ο ερευνητής.

Παραπομπές

1. «recombinant DNA | Definition, Steps, Examples, & Invention». Encyclopedia Britannica (στα Αγγλικά). Ανακτήθηκε στις 6 Απριλίου 2021.
2. «Recombinant DNA (rDNA)». Genome.gov (στα Αγγλικά). Ανακτήθηκε στις 6 Απριλίου 2021.
3. «Recombinant DNA Technology and Transgenic Animals | Learn Science at Scitable». www.nature.com. Ανακτήθηκε στις 6 Απριλίου 2021.
4. Griffiths, Anthony JF; Miller, Jeffrey H.; Suzuki, David T.; Lewontin, Richard C.; Gelbart, William M. (2000). «Making recombinant DNA» (στα αγγλικά). An Introduction to Genetic Analysis. 7th edition. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21881/.