genteknologi

Ved genredigering med CRISPR kuttes DNA-et av et Cas-protein. Det er et spesielt RNA-molekyl (kalt sgRNA) som bestemmer hvor kuttet lages ved å binde seg til en tilsvarende sekvens i DNA-et. Man kan derfor selv bestemme hvor DNA-et skal kuttes. Cellen liker ikke kuttet DNA, så den iverksetter systemer for å reparere det. Ved å manipulere denne prosessen kan man ta vekk, bytte ut, eller legge til DNA i bruddsonen.
CRISPR
Av /Bioteknologirådet.
Lisens: Gjengitt med tillatelse

Genteknologi er moderne teknologi hvor man jobber med arvematerialet (DNA) i laboratoriet for å endre organismers genetiske sammensetning. Genteknologi består av mange forskjellige teknikker hvor genspleising og genomredigering står sentralt. Genteknologi brukes både i forskning, medisinsk behandling, jordbruk og industri. Man kan karakterisere og endre gener, kombinere gener på nye måter eller lage produkter fra gener.

Metoder innen genteknologi

I genteknologi bruker man mange ulike metoder for å modifisere den genetiske sammensetningen til en organisme. Det startet med at man i 1972 modifiserte et virus til å inneholde gener fra bakterier. Det gjorde man ved å klippe og lime i virus og bakterie-DNA med spesialiserte enzymer som var blitt oppdaget på 1960-tallet. Resultatet var en hybrid som bestod av DNA fra to forskjellige organismer, og ble kalt rekombinant DNA. Denne metoden med å klippe og lime i DNA kalles i dag genspleising.

Genspleising – klipp og lim av DNA

Genspleising. Restriksjonsenzymer er blitt et uvurderlig verktøy i genteknikken. Disse enzymene gjenkjenner bestemte trinnkombinasjoner, og kutter opp DNA-tråden slik at skjøten utgjør flere trinn (baser) som har mistet sin partner som henger fast på den andre enden av skjøten. Figuren viser DNA fra 2 ulike arter som er behandlet med samme restriksjonsenzym slik at trådene fra de to artene kappes ved samme trinnkombinasjon. Blander man to slike splittede fraksjoner av DNA og setter til enzymet ligase, vil disse stykkene igjen feste seg til hverandre. En vil da i mange tilfeller få sammensmelting mellom to ulike DNA-typer, altså genspleising. Slike enzymer er nå å få kjøpt. Det finnes kataloger over hvilke trinnkombinasjoner de leser og låser opp.

Av /Store medisinske leksikon ※.
Lisens: Gjengitt med tillatelse

I genspleising blir et gen man er interessert i satt inn i en vektor (et ringformet DNA-molekyl som fungerer som en slags transportør) som så føres inn i en vertscelle slik at genet kan overføres til genomet i vertscellen. Genspleising betyr at man spleiser sammen gener eller biter av DNA fra to forskjellige kilder, enten fra samme eller ulike organismer. Prinsippet for genspleising er enkelt: DNA-et klippes i biter og limes sammen igjen i nye kombinasjoner.

Vektorer brukt i genspleising: Vektorer er transportører som bærer det genet man ønsker inn i en ny organisme. Det finnes ulike typer vektorer, men de har tre viktige egenskaper til felles:

  1. de kan enkelt komme seg inn i en vertscelle
  2. de har evnen til å oppformere seg selv inne i vertscellen
  3. de inneholder en markør slik at man kan plukke ut de cellene som inneholder det nye genet

Vektorer er som regel plasmider (ringformete DNA-tråder som finnes naturlig i bakterier) eller virus-DNA.

Å få vektoren inn i en vertsorganisme: Innføringen av rekombinant DNA i den nye organismen avhenger av hva slags type organisme det er. Man kan ikke bruke samme metode på alle organismer fordi cellene har ulike egenskaper som gjør at metoden må tilpasses de ulike organismene.

Den vanligste måten å genmodifisere planter på er å bruke plasmider fra en jordbakterie kalt Agrobacterium tumefaciens. Når man setter inn gener inn i bananflue bruker man et spesialtilpasset plasmid, mens for pattedyr brukes ofte et retrovirus.

Genomredigering/Genredigering

Genomredigering, også kalt genredigering, er en samling metoder som gjør det mulig gå direkte inn og endre deler av et gen istedenfor å sette inn et nytt gen, slik man gjør ved genspleising. Disse metodene brukes mye innen forskning og man har også begynt å ta dem i bruk i genterapi, det vil si behandling av sykdom ved å endre genene. Det finnes flere ulike metoder, og den mest kjente er CRISPR.

Genteknologi i forskning

Genteknologiske metoder blir mye brukt innen forskning. Genteknologien har åpnet for en mye dypere forståelse av cellulære mekanismer og årsaker til sykdom. Den har også blitt et viktig redskap for at man skal forstå hvordan gener reguleres (genregulering).

Et eksempel på bruk av genteknologi i forskning er når man ønsker å studere et gens funksjon. Man klipper ut genet man ønsker å studere, lager mutasjon i dette bestemte genet, og setter genet tilbake i den organismen man tok det fra for å studere effekten av mutasjonen på organismen.

Før genteknologien måtte man mutere hele organismen og deretter lete etter det genet eller de genene som førte til den endringen i organismen man observerte, men med genteknologiske metoder kan man snu denne prosessen rundt. Denne metoden brukes blant annet i bananflue, mus (se også knock-out-mus), rundorm og mange planter.

Genteknologi i medisinsk behandling

Genteknologien har gitt ny viten om en rekke arvelige sykdommer slik at det i dag er mulig å diagnostisere langt flere slike sykdommer på det molekylære plan. Dette gir bedre muligheter for behandling og for arvebærerdiagnostikk inklusive diagnostikk på preimplanterte embryoer og fostre.

En kombinasjon av genteknologisk diagnostikk og fosterdiagnostikk har blant annet ført til at det på Kypros nærmest ikke lenger fødes barn med den arvelige blodsykdommen thalassemi. Denne sykdommen var meget hyppig ettersom bærerfrekvensen av gendefekter som gir sykdommen, er høy på Kypros.

Den økte forståelsen som genteknologien har gitt når det gjelder så vel nedarvede som ervervede sykdommer, har i første omgang ført til forbedret behandling med tradisjonelle metoder, dernest til utvikling av nye medisiner og nye behandlingsprinsipper.

Et felt med stor forventet betydning er genterapi, hvor man bruker basal kunnskap fremkommet ved molekylær grunnforskning til å erstatte sykdomsgener hos alvorlig syke pasienter med «friske» gener.

Genteknologi i jordbruk

Planter

International Rice Research Institute (IRRI).
Lisens: CC BY 2.0

Genteknologi har blitt brukt på mange planter som brukes i matvareproduksjon for å gi plantene nye eller mer effektive egenskaper. I Norge er det ikke lov å dyrke slike planter (se Lovgivning), men i mange andre land i verden er dette lov.

Mange av matplantene som er genmodifisert har fått tilført gener slik at de er resistente mot sprøytemidler (se plantevernmidler) eller produserer gift som beskytter de mot insekter (insektmidler).

Et eksempel på en plante som har blitt genetisk modifisert er ris som kan produsere beta-karoten som kroppen omdanner til A-vitamin. Normalt får man beta-karoten fra frukt og grønnsaker, men i mange deler av verden er det matmangel og derfor mange mennesker med A-vitaminmangel. Med genmodifisert risen kan man hindre mange i å utvikle A-vitaminmangel fordi ris ofte er lettere tilgjengelig og enklere å distribuere. Risen kalles «den gyldne risen» («the golden rice») fordi den er lys gul. Den inneholder fire nye gener som gjør at den kan lage beta-karoten.

Andre eksempler på genmodifiserte planter:

  • soyabønner som har fått endret sammensetningen av fettsyrer
  • bomull som produserer insektgift slik at sommerfugllarver som prøver å spise bladene dør
  • mais som brukes til biodrivstoff har fått tilført gener for å kunne bryte ned stivelse til sukker
  • papaya som er resistent mot et virus

Dyr

Genteknologi brukt på dyr er ofte gjort for at dyret skal vokse fortere og bli større eller veie mer enn normalt. Det gjorde man med en type stillehavslaks som fikk satt inn ekstra gen for vekst og veide i gjennomsnitt 11 ganger så mye som en vanlig stillehavslaks. Denne laksen ble godkjent av amerikanske myndigheter i 2015, men har ikke blitt satt i produksjon for salg.

Man har også begynte å bruke genomredigering for å gjøre produksjonsdyr mostandsdyktige mot sykdommer. Universitetet i Edinburgh i Skottland har i et forskningsprosjekt produsert griser som er resistente mot en veldig vanlig virussykdom (PRRS=Procine Reproductive and Respiratory Syndrome). Grisene er genomredigert med metoden CRISPR.

Andre eksempler på genmodifiserte dyr:

  • geit som skiller ut proteinet antitrombin III i melka si. Proteinet brukes på pasienter med en arvelig genfeil som lettere får blodpropp.
  • sebrafisk som lyser i mørket
  • høns som er motstandsdyktig mot fugleinfluensa

Genteknologi i industri

Malariaparasitten overføres med hunnmygg av slekten Anopheles. Anopheles gambiae, på bildet, er kjent som en av de mest effektive. En type medisin mot sykdommen malaria (antimalariamiddel) er basert på et ekstrakt fra planten søtmalurt (latinsk navn Artemisia annua) kalt artemisin. Man har begynt å bruke genteknologi til å produsere artemisin industrielt istedenfor å ekstrahere det direkte fra planten (se neste bilde).

Av /CDC.
Lisens: CC BY NC ND 2.0

Søtmalurt vokser i Kina og Vietnam i Asia, og det østlige og sørlige Afrika, men et problem er å få en stor nok mengde planter for å produsere tilstrekkelige mengder artemisin. I 2011 begynte et farmasøytisk selskap å produsere artemisin kunstig på laboratoriet i gjærceller ved hjelp av genteknologi og syntetisk biologi. Forskere bruker også genteknologi til å endre selve planten, søtmalurt, og andre planter (for eksempel tobakksplanten) slik at de kan produsere artemisin mer effektivt.

Av .
Lisens: Falt i det fri

En av de viktigste anvendelsene av genteknologi er i storskala produksjon av ulike proteiner, både medisiner og andre kommersielle produkter. Det mest kjente eksempelet er produksjonen av insulin. Andre eksempler er menneskelig veksthormon og proteiner som er viktige for blodkoagulering, vitaminer, aminosyrer, antibiotika og andre medisiner, fargestoffer (for eksempel til olabukser) og pesticider.

Metoden er i prinsippet enkel, man klipper ut det genet man ønsker og limer det inn i en vektor som så tas opp av en celle, som regel bakteriecelle, som så oppformeres i stor skala, men er ikke alltid enkel å få til i praksis. En bakterie er en prokaryot celle og et protein som vanligvis produseres i en eukaryot celle kan ha problemer med å folde seg riktig eller få de kjemiske endringene de trenger. Derfor bruker man noen ganger andre celler fra gjær, insekter og pattedyr.

Regulering og lovverk

I Norge reguleres bruken av genteknologi av genteknologiloven: Lov av 2. april 1993 om framstilling og bruk av genmodifiserte organismer. Bioteknologirådet er et frittstående rådgivende organ som gir råd til myndighetene vedrørende saker om genteknologi og bioteknologi.

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg