Mitä geenitekniikka on? Miten DNA:ta käsitellään ja analysoidaan?
Klikkaa tästä, jos haluat kertauskirjan kurssi 5:sta ilmaiseksi.
Geenitekniikka
Geenitekniikka on biotekniikan haara, jossa käsitellään ja muokataan eliöiden perimää. Geenitekniikassa tarvitaan monia entsyymejä:
- DNA polymeraasi rakentaa DNA-juosteen nukleotideistä
- proteaasi hajottaa aitotumaisen DNA:han kiinnittyneet histoniproteiinit, jotta DNA:sta saadaan puhdasta
- katkaisuentsyymit pilkkovat DNA-juosteen tietystä emäsjärjestyksen kohdasta
- liittäjäentsyymi liittää kaksi DNA pätkää yhteen
- cas-entsyymiä käytetään crispr-tekniikassa ja sen avulla voidaan pilkkoa DNA halutusta kohdasta. Tekniikka perustuu bakteerien immunologiseen muistiin: cas-entsyymiin liitetään emäsjärjestyksen tunnistava RNA-pätkä, jonka perusteella cas-entsyymi pilkkoo DNA:n RNA-pätkän osoittamasta kohdasta. Crispr-tekniikalla voidaan sekä poistaa että liittää DNA-jaksoja.
DNA:n monistaminen
DNA:n monistamiseen on kaksi menetelmää:
- Bakteerien käyttäminen
- PCR-tekniikka
Bakteerien käyttäminen
DNA:n monistaminen bakteerien avulla onnistuu liittämällä haluttu DNA-pätkä bakteerin plasmidiin ja antamalla sen jakautua monta kertaa:
- Yhdistelmä-DNA-tekniikassa plasmidit ja siirrettävä DNA leikataan samoilla katkaisuentsyymeillä.
- Siirrettävä DNA kiinnitetään plasmidiin liittäjäentsyymeillä. Plasmidiin siirretään yleensä myös antibioottiresistenssin aikaansaava geeni.
- Lisätään muokatut plasmidit bakteeriviljelmään, ja bakteerit ottavat plasmidit itselleen (trasnformaatio).
- Lisätään kasvatusmaljaan antibioottia: Antibioottivalinnan seurauksena vain plasmidin saaneet siirtogeeniset bakteerit jäävät henkiin
- Laitetaan seulotut bakteerit kasvamaan bioreaktoreihin.
- Eristetään siirretty DNA-pala bakteereista
PCR-tekniikka
Bakteereissa tehtävää DNA:n monistamista helpompaa ja nopeampaa on polymeraasiketjureaktion eli PCR-tekniikan käyttäminen:
- Lämpötilaa kohotetaan niin, että DNA-juosteet eroavat
- Lämpötilaa lasketaan niin, että alukkeet pariutuvat juosteiden kanssa. Aluke on lyhyt yksijuosteinen pätkä DNA:ta, jonka DNA-polymeraasi tarvitsee toimiakseen.
- Lämpötilaa nostetaan uudelleen niin, että DNA-polymeraasi rakentaa uudet juosteet.
PCR-tekniikalla voidaan moninkertaistaa DNA:n määrä nopeasti. PCR-tekniikkaa on käytetty eläinten jäännöksistä löytyneiden DNA-palojen monistamiseen ja rikostutkinnassa rikoksentekijän ja uhrin tunnistamiseen tarvitaan sen ansioista hyvin vähän DNA:ta.
Haluatko opiskella tehokkaammin paremmilla opiskelumateriaaleilla ilmaiseksi? Katso lisää täältä.
DNA-palojen erottelu
Jos DNA on pilkottu osiin katkaisuentsyymeillä, voidaan erikokoiset palat erotella toisistaan elektroforeesilla:
- Hyytelölevyn toiseen päähän pipetoidaan DNA-pätkiä sisältäviä värjättyjä näytteitä eri koloihin
- Hyytelölevyyn johdetaan sähkövirta, mikä saa DNA-pätkät liikkumaan väliaineen läpi levyn toiselle puolelle
- DNA-pätkät liikkuvat sitä nopeammin, mitä pienempiä ne ovat
- Lopputuloksena erikokoiset DNA-pätkät ovat liikkuneet toisistaan erilleen, ja ne voidaan leikata irti geelistä ja puhdistaa niistä DNA.
Geenien etsiminen
Alleeleja voidaan eritellä ja tunnistaa kahdella tavalla:
- Koettimen avulla
- PCR:n ja elektroforeesin avulla
Koetin
Koetin on yksijuosteinen DNA- tai RNA-jakso, jolla on komplementaarinen emäsjärjestys etsityn geenin tai DNA:n kanssa. Se voidaan siis parittaa yksijuosteisen DNA:n kanssa. Koettimeen liitetään jokin merkkiaine, jonka avulla voidaan seurata, onko koetin pariutunut DNA:n kanssa.
DNA-siru on pieni lasista tai muovista tehty levy, johon on kiinnitetty DNA-koettimia. Jokainen koetin vastaa yhtä alleelia.
Jos halutaan selvittää, onko jollain henkilöllä tiettyä alleelia, voidaan hänestä eristää DNA:ta, pilkkoa se paloiksi, tehdä DNA yksijuosteiseksi kuumentamalla ja tutkia, pariutuuko näyte tutkittavien alleelien koettimien kanssa.
PCR ja elektroforeesi
Alleeli voidaan tunnistaa myös PCR:llä. Riittää, että tiedetään alleelin emäsjärjestys geenin molemmista päistä. Näiden emäsjärjestysten perusteella voidaan valita alukkeet, jotka kiinnittyvät monistettavaan DNA-jaksoon. Lopuksi elekroforeesilla voidaan erottaa haluttu DNA-jakso muista DNA-paloista.
PCR ja DNA-jakson tunnistus voidaan tehdä myös samaan aikaan lisäämällä koeputkeen fluoresoivalla väriaineella varustettu koetin. Kun DNA-jakso monistuu koettimen kohdalla, väriaine aktivoituu lähettäen signaalin signaalinlukulaitteelle. Signaalinlukulaite mittaa monistettujen DNA-jaksojen määrää, eikä elekroforeesia tarvita.
Sekvensointi
Sekvensointi tarkoittaa DNA:n emäsjärjestyksen määrittämistä. Nykyisin menetelmänä käytetään rinnakkaissekvensointia. Siinä DNA pilkotaan paloiksi, jotka laite lukee. Palojen päällekkäisyyksien avulla tietokoneohjelma selvittää jaksojen emäsjärjestyksen ja koko DNA:n emäsjärjestyksen.
Sekvensoinnilla voidaan selvittää geenien sijaintia, eroja saman lajin eri yksilöiden geeneissä sekä geeneissä tapahtuneita muutoksia evoluution seurauksena. Ihmisen perimä kartoitettiin ensi kerran 2003 päättyneessä Human Genome Project:issa.
Muita kurssi 5:n artikkeleita
Kertauskirjan lisäksi saat myös yksinomaisesti Tuman jäsenille räätälöityä sisältöä, esim. opiskeluvinkkejä ja muita uutisia.
Liittymällä Tumaan saat kurssien kertauskirjat ilmaiseksi. Tumaan liittyminen ei velvoita sinua mihinkään, ja voit poistua listalta milloin tahansa.
En ikinä lähetä roskapostia tai myy tietojasi eteenpäin.
Testaa tietosi
1. Mitä menetelmää käytetään DNA:n monistamiseen?
2. Millä menetelmällä DNA-palat erotellaan toisistaan?
3. Millä menetelmällä nykyään selvitetään DNA:n emäsjärjestys?
Share your Results:
Lue lisää
- Muikusta löytyy kattava artikkeli geenitekniikan menetelmistä
- Khan Academy:ssa on kokonainen artikkelisarja omistettu geenitekniikalle