5. Gének, enzimek, kimérák

Genetikatörténet

A 30-as 40-es években a tudósok még közelebb kerültek ahhoz, hogy megismerjék a genetikai információ mibenlétét. Elegáns kísérletek sora bizonyította, hogy a genetikai információt a DNS hordozza. Ebben sokat segített, hogy sikerült egy még az ecetmuslicánál is primitívebb élőlényt találni, a baktériumok genetikája volt a kulcs sok alapvető kérdés tisztázásához. A baktériumokat hatalmas tömegben lehet tenyészteni és mivel haploid élőlények (csak egyszeres genetikai állománnyal rendelkeznek) és nincsenek a klasszikus értelemben vett ivaros folyamataik, könnyű bennük a genetikai információ szerkezetét vizsgálni. Nagy segítséget nyújtottak a baktériumokat megfertőző vírusok, a bakteriofágok is. Fred Griffith már 1928-ban rájött arra, hogy elölt baktériumok képesek átadni kórokozó tulajdonságukat olyan törzseknek (ezt nevezte el baktérium transzformációnak), melyek ezzel a tulajdonsággal nem rendelkeznek, de csak 1944-ben bizonyította Oswald Avery, hogy ezért a nukleinsavak a felelősek.
1952-ben Chase és Hershley radioaktívan jelölt bakteriofágokkal kísérletezett. A bakteriofágok radioaktív ként és radioaktív foszfort is kaptak. A megfertőzött baktériumokban csak a radioaktív foszfor volt kimutatható.

1. Miért bizonyította ez a kísérlet minden kétségen felül, hogy az információt a nukleinsavak hordozzák?

A baktériumok vizsgálatával az is kiderült, hogy ezek többnyire nem csak egy DNS molekulát tartalmaznak, hanem a nagy DNS mellett kisebb körbezárt molekulák is megtalálhatóak bennük, ezeket nevezik plazmidoknak . Egyes plazmidok akár több ezer példányban is lehetnek a bektériumsejtben. A plazmidok többsége csak egy-két gént, például egyes antibiotikumokkal szembeni immunitást kódol. Az is kiderült, hogy egyes plazmidok képesek egyik baktériumból a másikba átmenni. Ez is egy módja annak, ahogy például a kórházakban a kórokozók egyre ellenállóbbak lesznek a gyógyszerekkel szemben.

2. Miért a kórházakban alakulnak ki a sokszorosan ellenálló baktériumtörzsek? Miért fertőznek ritkán a kórházakon kívül?

A további kutatások fényt derítettek arra is, hogy a baktériumok rendelkeznek olyan enzimekkel, amik a DNS-t

Az Sma1 restrikciós enzim, tompa végeket hoz létre	Az EcoR1 restrikciós enzim ragadós végeket hoz létre

bontják. Szemben az emésztőenzimekkel (a nukleázokkal) ezek nem akárhol, hanem bizonyos bázisok mellett vágják csak el a kettős spirált. Működésük tehát korlátozott (restricted), az ilyen enzimek neve: restrikciós endonukleáz.
Az első felfedezett restrikciós endonukleáz az Escherichia coli-ból egy emberi bélbaktériumból származott. Elképzeléseink szerint ezek az enzimek a baktériumok fágok elleni védelmét szolgálják, hiszen bizonyos kórokozó DNS szakaszokat egyszerűen feldarabolnak. Kiderült az is, hogy egyes restrikciós enzimek a képen látható módon aszimmetrikusan vágják el a DNS-t, ezáltal úgynevezett ragadós végeket képeznek.

Ezen az oldalon megnézheted, milyen restrikciós enzimek vágnak egy DNS szakaszt.

Az ilyen ragadós végek felhasználhatóak arra, hogy az általunk készített DNS-t hozzáillesszük például egy plazmidhoz. Mivel a kis plazmidok akár kívülről is bejuthatnak a baktériumba ezzel a módszerrel lehetőségünk nyílik idegen géneket bejuttatni egy élőlénybe.

1972-ben dolgozta ki Herbert Boyer a rekombinációs DNS technikát, amivel E. coli baktériumba juttatott olyan plazmidokat, amik az emberi inzulin génjét is tartalmazták. A baktérium emberi inzulint termelt.

Az eljárás látható itt

Ezt a technikát nevezték el rekombináns DNS eljárásnak. Az olyan élőlényeket pedig, melyek más fajok génjeit is tartalmazzák rekombináns élőlényeknek, vagy más néven kiméráknak .

Herbert Boyer nem csak tudományos elismerést gyűjtött be magának. A cég, amit a rekombináns inzulin, majd a növekedési hormon termelésére létrehozott, a Genentech, hónapok alatt milliárdossá tette. Ezzel egyértelművé vált, hogy nem csak tudományos újdonság a molekuláris genetika, hanem a jövő egyik leggyorsabban fejlődő üzletága is. A 80-as évektől kezdve az amerikai tőzsde leggyorsabban növekvő cégei az informatikai vállalkozások mellett a biotechnológiai cégek lettek.

Miért volt olyan nagy üzlet az inzulin és a növekedési hormon termelése? Mire használhatók ezek?

Később sikerült olyan vírusokat is létrehozni, melyek magukban hordozták egy más faj génjét, ezek segítségével egy idegen faj génjei könnyedén bejuttathatók akár magasabbrendű élőlényekbe is. Az ilyen szerkezeteket (plazmidokat, vírusokat), melyek feladata egy idegen gén bejuttatása egy élőlénybe vektornak nevezik.

baktérium transzformáció, plazmid, restrikciós enzim, rekombináns technika, kiméra, vektor