Ανασυνδυασμένο DNA

Το ανασυνδυασμένο DNA (rDNA, ονομάζεται επίσης χιμαιρικό DNA) είναι ένα μόριο DNA, το οποίο έχει δημιουργηθεί από τον συνδυασμό δύο τουλάχιστον τμημάτων γενετικού υλικού από δύο διαφορετικούς βιολογικούς οργανισμούς. Ο συνδυασμός των διαφορετικών τμημάτων πραγματοποιείται με τη βοήθεια των ενζύμων συνήθως μέσα σε ένα πλασμίδιο. Τα πλασμίδια μπορούν να τοποθετηθούν σε οχήματα που ονομάζονται φορείς που μεταφέρουν το DNA σε ένα κατάλληλο κύτταρο ξενιστή όπου μπορεί να αντιγραφεί ή να εκφραστεί.

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.

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 είναι κεντρικός πυλώνας της βιοτεχνολογίας.

Χρήσεις

Οι τεχνικές που επιτρέπουν την παραγωγή και χρήση του ανασυνδυασμένου DNA χρησιμοποιούνται:

• 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 παίζουν 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.

Σημαντικό ρόλο επίσης παίζουν οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες, ένα είδος ενζύμων που έχουν τη δυνατότητα να κόβουν αλληλουχίες DNA σε συγκεκριμένα σημεία. Η περιοριστική ενδονουκλεάση που περισσότερο χρησιμοποιείται είναι η EcoRI, η οποία προέρχεται από τον οργανισμό Escherichia coli.

Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται από τέσσερα στάδια:

• Στο πρώτο στάδιο απομονώνεται το DNA κάποιου οργανισμού και με τη βοήθεια των περιοριστικών ενδονουκλεασών κόβεται σε πολλά 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 και του βακτηριακού 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. 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.