Mitä geenitekniikka on? Miten DNA:ta käsitellään ja analysoidaan?
Klikkaa tästä, jos haluat tiivistelmän, sanaselitykset sekä tehtävät ratkaisuineen tähän artikkeliin.
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
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