20. BIOTECHNOLOGIE

Technieken & toepassingen

DEFINITIE

• Biotechnologie: bios, technologie- Klassieke biotechnologie- Moderne biotechnologie

▫ onderzoeken van levensprocessen in organismen en deze desgewenst gebruiken, aanpassen voor toepassingen in geneeskunde, landbouw, forensisch onderzoek, …

▫ genomics, transcriptomics, proteomics

Genetisch wijzigen van organismen

Biotechnologische toepassingen

Biotechnologische technieken

Biotechnologisch debat

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

• 1 streng DNA

• plasmiden

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

BACTERIE NAAR PLANT

• Ti-plasmide (tumorinducerend plasmide)

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

BACTERIE NAAR PLANT

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

BACTERIE NAAR BACTERIE

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

BACTERIE NAAR BACTERIEconjugatie

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

VIRUS NAAR BACTERIE- nucleïnezuur: DNA of RNA- eiwitmantel- envelop: vetten +

glycoproteïnen- obligaat parasiet

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

VIRUS NAAR BACTERIE- bacteriofaag- kop + staartstuk

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

BACTERIE NAAR BACTERIE VIA VIRUSTransductie: DNA-overdracht van een bacterie op

een andere bacterie via een faag

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

VIRUS NAAR DIER- DNA-virus - RNA-virus

▫ herpesvirus ▫ polio

▫ papovavirus ▫ mazelen

▫ adenovirus en rhinovirus ▫ griep

▫ hepatitis B-virus ▫ hondsdolheid

▫ Ebola-virus

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

VIRUS NAAR DIER- retrovirus

RNA-virus met DNA-polymerase transcriptie van RNA in DNA = copy-DNA (cDNA) reversetranscriptase ~ retrovirus

NATUURLIJKE GENOVERDRACHT

1. retrovirus dringt cel binnen

2. envelop versmelt metplasmamembraan + eiwitmantel lost op

3. reversetranscriptie

4.- 5. cDNA in DNA cel

6.- 7. wordt omgezet naarRNA + translatie

8. nieuwe virussen verlatencel

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

BACTERIE NAAR BACTERIE- Restrictie-enzymen: verbreken bindingen ter

hoogte van welbepaalde nucleotidensequenties- Het geknipte fragment heeft 2 uiteinden die

enkelstrengig zijn = sticky ends

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

BACTERIE NAAR BACTERIE- 1973: Cohen en Boyer m.b.v. restrictie-

enzymen vreemd gen in bacterie binnenbrengen- Plasmide met tetracycline-resistentie + plasmide

met penicilline-resistentie + restrictie-enzym + DNA-ligase nieuwe plasmide resistent tegen beide antibiotica

- Recombinant DNA: DNA ontstaan door DNA van diverse herkomst bij elkaar te brengen

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

BACTERIE NAAR BACTERIE- Genetic engineering = DNA-technologie =

gentechnologie = recombinant DNA-technologie = genmanipulatie = genetische manipulatie = genetische modificatie

gericht wijzigen van genetische informatie in een organisme = genetisch gemodificeerde organismen (GGO’s) of transgene organismen

Genetisch wijzigen van organismen

Biotechnologische toepassingen

Biotechnologische technieken

Biotechnologisch debat

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

GENEESKUNDIGE TOEPASSINGEN• Productie van geneesmiddelen

– Insuline– Groeihormoon– EPO

• Productie van vaccins• Gentherapie• Stamceltherapie

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

GENEESKUNDIGE TOEPASSINGENInsuline- 1921: zuivering en isolatie- Isolatie uit pancreas koeien en varkens- Nu: insuline aanmaak in GGO’s (bacteriën,

gisten) biotech-insuline

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

1. gen voor α-keten en gen voor β-ketenm.b.v. restrictie-enzymen geïsoleerd

2. elk gen in afzonderlijk plasmide, ge-koppeld aan gen voor galactosidase(lactose glucose + galactose)

3.- 4. lactose is enige voedselbron bacteriën vermeerderen + aanmaakgalactosidase-insuline complex

5. complex isoleren en zuiveren

6. galactosidase-deel wordt verwijderd α-keten en β-keten aan elkaar gezet

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

GENEESKUNDIGE TOEPASSINGENEPO (erythropoïetine)- Productie van EPO door nieren- Stimuleert aanmaak rode bloedcellen- EPO-concentraties in bloed heel laag

bloedtransfusies met extra rbc tijdelijk effect + risico besmetting met virussen (hiv)

- Genetisch gewijzigde ovariumcellen van Chinese hamster voldoende en biologisch actief EPO

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

GENEESKUNDIGE TOEPASSINGENProductie van vaccins- Klassiek vaccin: injectie van verzwakte

ziekteverwekkers productie van antilichamen- Gentechnologisch vaccin: gen dat code voor

eiwitten op buitenkant virussen bevat inbrengen in onschadelijk virus wordt in dierlijke cellen vermeerderd onschadelijk virusmengsel productie van antilichamen

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

GENEESKUNDIGE TOEPASSINGENGentherapie- Foutieve gen vervangen door een goed werkend

gen- In lichaamscellen waarbij foutieve gen en ziekte

wordt hersteld in patiënt zelf = therapeutisch effect of genotypisch geneesmiddel

- Ingebrachte gen = juiste versie van fout gen of nieuw gen dat corrigerend werkt

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

GENEESKUNDIGE TOEPASSINGENGentherapie- CIDS: congenitaal immuniteitsdeficiëntie-

syndroom defect in gen voor enzym ADA (adenosinedeaminase)

- ADA geen productie witte bloedcellen- Beenmergcellen van patiënt + correcte versie

van ADA-gen

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

LANDBOUWKUNDIGE TOEPASSINGEN- Vroeger: generaties lang kruisingen van planten

gewenste + ongewenste eigenschappen!- Nu: gewenste eigenschappen worden gericht in

gewas gebracht door genetische transformatie- 1985: Van Montagu & Schell 1e transgene

planten- Kleurverandering, insectresistenie, herbicide-

tolerantie, langere houdbaarheid, grotere en meerdere vruchten,…

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

LANDBOUWKUNDIGE TOEPASSINGEN• Insectresistente planten• Planten bestand tegen onkruidverdelger• Planten met specifieke kwaliteiten:

– Flavr Savr-tomaten– blauw katoen– golden rice– aardappelen met meer zetmeel– soja en koolzaad die gezondere vetten maken– productie van vaccins

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

LANDBOUWKUNDIGE TOEPASSINGENTransgene planten die zelf insecticide aanmaken- Gen dat voor Bacillus thuringiensis-toxine (Bt-

toxine) codeert overbrengen naar plant

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

1. gen voor Bt-toxine wordt gekloond in colibacil

2. door recombinant-DNA-technologie plasmide samenstellen

3. plasmide inbrengen in agrobacterie

4. agrobacterie infecteert protoplasten

5. bacterie draagt T-DNA over aan tabaksplant

6. plantencellen worden opgekweekt

7. volwassen tabaksplant brengt gen tot expressie

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

LANDBOUWKUNDIGE TOEPASSINGENTransgene planten die resistent zijn tegen onkruid-

verdelgers- Soja, tabak, maïs,… herbicidetolerantiegen

tegen Roundup- Voordelen: verminderd gebruik van herbiciden,

kostenbesparend- Nadelen: contaminatie van niet-gewijzigde

planten, onzekerheid over gezondheid,…

KUNSTMATIGE GENOVERDRACHT

FORENSISCH ONDERZOEK• DNA-fingerprint

– Aanleg en beheer van genenbanken met daderprofielen

• Vaderschapstest (fig. p.73)– VNTR– Verschillende regio’s testen

Genetisch wijzigen van organismen

Biotechnologische toepassingen

Biotechnologische technieken

Biotechnologisch debat

TECHNIEKEN

KLONEN- Natuurlijk klonen

▫ bacteriën▫ eeneiige tweelingen

- Reproductief klonen▫ gebruik van celkern van gedifferentieerde cellen

- Therapeutisch klonen▫ gebruik van stamcellen om cellen en weefsels te maken die gebruikt worden om mensen te genezen

TECHNIEKEN

TECHNIEKEN

Therapeutisch klonen- brandwondencentra: huidcellen- kweken van hele organen, ruggenmerg, been en

kraakbeen- embryonale stamcellen spiercel, niercel,

levercel,…

TECHNIEKEN

AGAROSE-GEL-ELEKTROFERESE- DNA-fragmenten van verschillende lengtes van

elkaar scheiden- Elektroforesetank: gel +

bufferoplossing + DNA- Elektrische spanning

DNA-fragmenten migreren (korte sneller dan lange) bandenpatroon

TECHNIEKEN

TECHNIEKEN

PCR- Onderzoek: kleine hoeveelheden DNA- Vroeger: (tot 1987) fragmenten in plasmide van

bacterie bacterie vermeerdert voldoende DNA- Nu: (vanaf 1987) PCR of polymerase chain reaction- Stukjes DNA synthetiseren op basis van een DNA-

staal- 2 primers + kunstmatige nucleotiden

TECHNIEKEN

TECHNIEKEN

TECHNIEKEN

DNA-SEQUENTIE ANALYSE- Basenvolgorde in DNA-fragment bepalen- 1 primer + kunstmatige nucleotiden +

fluorescerende kunstmatige nucleotiden ( stoppen de ketenverlenging)

- Agaraso-gel + laser: fluorescentiesignaal wordt gelezen en omgezet in DNA-sequentie

TECHNIEKEN

TECHNIEKEN

TECHNIEKEN

RFLP- Restrictie fragment lengtepolymorfisme- Gebruik van restrictie-enzymen om DNA in

stukjes te knippen deze stukjes verschillen van persoon tot persoon in lengte zo kan men ook ziektes opsporen

- Sikkelcel: Mst II knipt in de volgorde CCTNAGG (N is gelijk welke base)normale allel: ACTCCTGAGGAGsikkelcelallel: ACTCCTGTGGAG

TECHNIEKEN

Genetisch wijzigen van organismen

Biotechnologische toepassingen

Biotechnologische technieken

Biotechnologisch debat

BIOTECHNOLOGISCH DEBAT

1. GGO’s

- voordelen

- nadelen

2. Stamceltherapie

- voordelen

- nadelen

DEBAT

DEBAT