Ugrás a tartalomhoz

A biokémia és molekuláris biológia alapjai

Nyitray László, Pál Gábor (2013)

Eötvös Loránd Tudományegyetem

19. fejezet - A géntechnológia alapjai

19. fejezet - A géntechnológia alapjai

(szerző: Nyitray László)

A „klasszikus” biokémia korában a makromolekulák között is óriásnak számító DNS izolálása és vizsgálata a fehérjéknél ismertetett módszerek (lásd 6.fejezet) segítségével csak korlátozottan volt lehetséges, a génekben rejlő információt, a nukleotidok sorrendjét sem lehetett meghatározni. Az utóbbit a 1970-es évek második felére megszülető géntechnológia tette lehetővé. Az újonnan kifejlesztett módszerek - és nem túlzás ez a kifejezés - forradalmasították a molekuláris biológiai kutatásokat.

De mit is jelent a géntechnológia (amit neveznek „génsebészetnek” vagy kissé pejoratív kifejezéssel „génmanipulációnak” is)? Elsősorban a rekombináns DNS technikákat értjük alatta, azt a lehetőséget, hogy egyrészt speciális enzimek segítségével DNS molekulákat lehet „szabni-varrni”, másrészt specifikus DNS szekvenciákat lehet olyan mennyiségben előállítani, amiből meghatározható az elsődleges szekvencia (DNS-szekvenálás) és amelyet a fejezetben ismertetett számos más módszerhet fel lehet használni.

A „szabás-varrás” eredménye a rekombináns DNS, amelyben több különböző eredetű DNS szakasz „kombinálódik”, s amelyet a molekuláris klónozásnak nevezett eljárással szaporítottak fel. Ezekkel az alapmódszerekkel és néhány további géntechnológiai alkalmazással ismerkedünk meg ebben a fejezetben. Felhívjuk az olvasó figyelmét, hogy erről a témakörről sokkal részletesebb információkhoz juthat egy, az ELTE Biokémiai Tanszék szerzőgárdája által írt, a világhálón szintén elérhető elektronikus tankönyvből („Géntechnológia és fehérjemérnökség”).

19.1. A géntechnológia célja és módszerei

A rekombináns DNS technikák segítségével az alább felsorolt kísérleteket lehet elvégezni.

·      Egy specifikus DNS-szakasz (pl. egy gén) felszaporítása. Erre két lehetőség van: a gazdasejtet igénylő molekuláris klónozás (in vivo módszer) és az in vitro kivitelezhető polimeráz láncreakció.

·      A klónozott DNS információtartalmát meg lehet határozni. Ez a DNS-t felépítő nukleotidok sorrendjének megállapítása, tehát a DNS-szekvenálása. Korábban már írtunk róla, hogy a fehérjék aminosavsorrendjét manapság egyszerűbb az őket kódoló gének szekvenálásával meghatározni. A DNS-szekvenálás segítségével ma már teljes genomok információtartalmát is ki lehet nyerni (genom projektek).

·      Rekombináns fehérjéket lehet előállítani, azaz valamilyen gazda élőlényben kifejeztetni (expresszálni) a vizsgálandó fehérje génjét egy rekombináns DNS konstrukcióról. A rekombináns fehérjét aztán ugyanazokkal a módszerekkel lehet vizsgálni, amiket 6.fejezetben megismertünk. Fontos tudnunk, hogy a rekombináns fehérje szekvenciája pontosan megegyezhet a természetes forrásból izolált fehérjével, tehát a rekombináns DNS-sel ellentétben itt nem különböző eredetű polipeptidlánc szakaszok kapcsolódnak össze.

·      In vitro irányított mutagenezissel megváltoztatható a gének információtartalma (szekvenciája), azért, hogy egyrészt a módosított gének segítségével megértsük a működésüket, másrészt akár megváltozott tulajdonságú fehérjéket hozzunk létre. Azok a kísérletek, amelyek során (akár alap-, akár alkalmazott kutatási céllel) egy megváltoztatott szekvenciájú génről helyspecifikus változásokat tartalmazó rekombináns fehérjéket állítanak elő, a fehérjemérnökség (protein engineering) tárgykörébe tartozik.

·      A géneket és az mRNS átiratokat is specifikusan tönkre lehet tenni egyes élőlényekben. A géneket a „génkiütés”-nek (KO: knock out), az mRNS-eket a „géncsendesítés”-nek (gene knock down) nevezett módszerrel lehet inaktiválni.

·      Géneket lehet egyenként bejuttatni bármilyen élőlénybe, s az így előállított transzgenikus állatokat, növényeket, mikrobákat (ezek GMO-k: genetikailag módosított organizmusok) kutatási célra felhasználni vagy valamilyen alkalmazott tudományág szolgálatába állítani, illetve a gyakorlatban is alkalmazni – gondoljunk csak a vitákra és parlamenti határozatokra a GMO-növények európai és hazai termesztéséről.

·      A legambiciózusabb géntechnológiai alkalmazás hibás humán gének, genetikai betegségek kijavítását célozza meg (génterápia).