Genetische modificatie

Genetische modificatie (vroeger ook wel genetische manipulatie genoemd) is het veranderen van het genetisch materiaal van een levend wezen. Dat gebeurt door gerichte wijzigingen in het DNA, de drager van de erfelijke eigenschappen van elk organisme.

Er zijn verschillen in de techniek van genetische modificatie bij:

Ontstaan van genetische modificatie

Het knippen en plakken met erfelijk materiaal ligt aan de basis van de ontwikkeling van GGO’s. Eind jaren ’60 ontdekte men hoe bacteriën in staat waren om DNA in stukken te knippen. De bacteriën bleken enzymen te bezitten – ‘restrictie-enzymen genaamd’ – die bepaalde DNA-volgordes herkennen en die het DNA op die plek doormidden knippen.

Enkele voorbeelden van restrictie-enzymen en hun knipplaats

​Naam  ​Knipplaats
EcoRI  ​GAATTC
BamHI  ​GGATCC


DNA afzonderen in een reageerbuis kon men al. Nu kon men ook door restrictie-enzymen genen uit dat DNA afzonderen. Naast restrictie-enzymen bleken bacteriën ook ‘plak-enzymen’ te bezitten, ligases genaamd, waarmee twee verschillende stukken DNA aan elkaar geplakt konden worden.

 


Genen knippen en plakken

DNA-fragmenten kunnen door enzymen geknipt worden. Deze ‘eiwitscharen’ knippen de DNA-helix op een bepaalde plaats in de code. Andere enzymen kunnen DNA-fragmenten dan weer aan elkaar lijmen. Je kan dit proces het best vergelijken met de montage van een film. Zo kan je  heel nauwkeurig een DNA-fragment of gen aan een organisme toevoegen of eruit verwijderen. En worden bestaande eigenschappen gewijzigd, fouten hersteld of een nieuw kenmerk aan een organisme gegeven.

Aangezien de genetische code door alle levende organismen gedeeld wordt, kunnen
genen van de ene soort naar een andere soort  overgebracht worden. Zo kan je bijvoorbeeld een menselijk gen inbouwen in het DNA van een bacterie.
 

DNA-recombinatie in de natuur

Om nieuwe eigenschappen aan een organisme toe te voegen of bestaande kenmerken aan te passen, moet je de relevante code op een efficiënte manier in het organisme binnenbrengen. Dit gebeurt ook zo in de natuur. Bacteriën bijvoorbeeld gebruiken verscheidene methodes om genen uit te wisselen. Zo’n natuurlijke genentransfer gebeurt door plasmiden uit te wisselen. Plasmiden zijn kleine DNA-ringen die  zichzelf kunnen kopiëren.

DNA-recombinatie in het labo

Van deze inventieve middelen maken ook wetenschappers gebruik. In het laboratorium kunnen biotechnologen plasmiden met behulp van enzymen openknippen, om er DNA in te voegen. Ze laten de gewijzigde plasmiden weer door de bacteriën opnemen en krijgen zo genetisch gewijzigde bacteriën. Het grote verschil met de natuurlijke uitwisseling van DNA is dat het proces in het laboratorium niet willekeurig verloopt. Enkel de gewenste stukjes DNA worden van het ene organisme naar het andere gebracht.
 

Andere technieken om nieuw DNA in een cel in te brengen

  • Plasmiden: ringvormige stukjes DNA die in bacteriën zitten en makkelijk onderling uit te wisselen zijn. Je  vervangt bepaalde genen op het plasmide door de gewenste DNA-code.
  • Op maat gemaakte virussen: virusgenen worden weggeknipt en vervangen door het gewenste DNA, waarna het virus als een brave postbode de informatie in de cel aflevert.
  • Het genenkanon: minuscule goudbolletjes, bekleed met DNA, worden in de cellen geschoten.
  • Injectie: met een kleine injectienaald wordt DNA ingebracht in een pas bevruchte eicel.
Samen met het gewenste gen wordt een promotor aangebracht, die bepaalt waar, wanneer en in welke hoeveelheid het nieuwe eiwit wordt geproduceerd. Het eiwit is immers niet altijd in alle cellen nodig.
 

Van cel naar organisme

Het nieuwe DNA komt meestal in slechts enkele cellen terecht. Het komt er dus op aan om enkel die organismen over te houden waarbij de transformatie is gelukt. Daartoe wordt onder andere gebruik gemaakt van een gen voor antibiotica-resistentie, gekoppeld aan het nieuw in te brengen gen. Enkel de cellen die het nieuwe gen hebben opgenomen, zullen de antibiotica-behandeling overleven.

De kunst bestaat erin om uit een dergelijke cel een volledig organisme te laten groeien dat in alle cellen de nieuwe informatie bezit. Bij planten is dit relatief eenvoudig, omdat uit elke plantencel een volledig nieuwe plant kan groeien. Cellen van mensen en dieren zijn gespecialiseerd en kunnen niet zo makkelijk omgevormd worden tot stamcellen van waaruit een volledig nieuw organisme kan groeien.