Exogent DNA

Exogena DNA-strängar (röda och gröna) visas inuti en cells kärna.

Exogent DNA är DNA som har sitt ursprung utanför den organism som berörs eller studeras. Exogent DNA kan hittas naturligt i form av delvis nedbrutna fragment som blir över från döda celler. Dessa DNA-fragment kan sedan integreras i kromosomerna hos närliggande bakterieceller för att genomgå mutagenes . Denna process för att förändra bakterier är känd som transformation . Bakterier kan också genomgå konstgjord omvandling genom kemiska och biologiska processer. Införandet av exogent DNA i eukaryota celler kallas transfektion . Exogent DNA kan också artificiellt infogas i genomet, vilket revolutionerade processen för genetisk modifiering hos djur. Genom att mikroinjicera en artificiell transgen i kärnan av ett djurembryo tillåts det exogena DNA:t smälta samman cellens befintliga DNA för att skapa ett genetiskt modifierat, transgent djur. Skapandet av transgena djur leder också till studien av att förändra spermieceller med exogent DNA.

Historia

År 1928 observerade bakteriologen Fredrick Griffith exogent DNA tillsammans med bakteriell transformation i arten Streptococcus pneumoniae . I ytterligare tester kunde läkaren Oswald Avery isolera och bekräfta att DNA:t som användes i experimentet har sitt ursprung utanför cellen och integrerat sig i cellens genom. Upprepade experiment visade att exogen DNA-integration var möjlig i andra arter av bakterier, vilket ledde till att studier utvidgades till däggdjursceller. Tekniken för injektion av exogent DNA i organismer upptäcktes av Lin 1966. Han kunde använda en fin glasnål för att infoga laboratorieproducerat DNA i muszygoter utan att bryta deras kärnor. År 1976 utfördes den första framgångsrika leveransen av exogent DNA till möss av Jaenisch med hjälp av Moloney-leukemiviruset.

Ansökningar

Omvandling

Integrationen av exogent DNA med genomet i en cell kallas transformation ( transfektion i djurceller). Transformation är en naturligt förekommande process i bakterier. För att framgångsrikt ta upp exogent DNA måste bakterier vara i ett tillstånd av kompetens . Vissa bakterier är naturligt kompetenta, men vanligtvis bara under en kort tid i ett visst skede av sin tillväxtcykel. Bakterier kan också göras kompetenta genom en mängd olika kemiska behandlingar. Dessa behandlingar involverar vanligtvis att göra det riktade cellmembranet mer permeabelt för att ta emot exogent DNA, ett sådant exempel är att exponera bakterierna för en kalciumjonlösning eller en blandning av polyetylenglykol och dimetylsulfoxid . En annan behandlingsmetod är utnyttjandet av elektricitet ( elektroporation eller elektrotransformation) för att skapa hål i cellmembranet för DNA att komma in. Slutligen kan liposommedierad transformation användas. Cellytan och det inkommande DNA:t är båda negativt laddade, så DNA:t är belagt med lipider. Genom att skydda DNA:t och eventuellt smälta samman med membranlipiderna kan dessa liposomer underlätta inträdet av DNA.

Transformation av bakterier, växtceller och djurceller har viktiga forsknings- och kommersiella funktioner. Riktad introduktion av exogent DNA används för att identifiera gener eftersom det introducerade DNA:t kan orsaka en mutation eller förändra uttrycket av målgenen, vilket ger en unik identifieringssignal. Denna teknologi, känd som insertionsmutagenes, använder ofta retrovirus som vektorer för DNA-leverans. Sådan insättningsmutagenes har ofta använts för att identifiera många onkogener på specifika platser i tumörceller.

Transfektion

Transfektion är processen att introducera exogent DNA i eukaryota celler. Det är en mer specifik term för djurceller, eftersom processen för cancerframkallande i dessa celler också ingår i definitionen av transformation. Typiskt beskriver transfektion förändringarna i en cells genom på grund av införandet av främmande DNA. Det finns flera sätt att utföra konstgjord transfektion. Kemiska metoder involverar användning av kemikalier som bärare för att introducera DNA, såsom kalciumfosfatfällning, DEAE - dextrankomplexbildning och lipidmedierad DNA-överföring. Fysiska metoder använder tekniker som elektroporering , mikroinjektion och cellklämning för att öka cellmembranets permeabilitet för att acceptera DNA. Virala metoder (eller transduktion ) använder rekombinanta, labbmanipulerade virus som vektorer för att förändra embryon och spermieceller.

Transgenes

Användningen av exogent DNA för att transformera celler har gett upphov till disciplinen transgenes : användningen av rekombinanta DNA-tekniker för att introducera nya karaktärer i organismer, främst genom transgener. En transgen är ett introducerat DNA-segment som används för att koda för en gen i dess värddjur. Biologer använder transgenes som ett verktyg för att föda upp genetiskt modifierade eller transgena djur som ger ett brett användningsområde. Dessa inkluderar studiet av utvecklingsgenetik, sjukdomsprocesser och genreglering . Transgena lantbruksdjur kan till exempel producera humanläkemedel tillsammans med ökad mjölk- eller köttproduktion. Vävnader och organ från transgena djur kan också användas i transfusioner och transplantationer med mindre chans att immunavstötning.

Spermier

Att använda transgenes för att genetiskt modifiera djur har skapat en ny uppdelning av användning av exogent DNA för att modifiera spermieceller . Epididymala spermier visades reagera på exogena nukleinsyror, vilket gör det möjligt för DNA att reversibelt binda till spermierna genom joninteraktioner. Spermiecellers förmåga att lokalisera och internalisera exogent DNA användes sedan för att överföra främmande gener till en oocyt under befruktning för att skapa transgena djur. En låg effektivitetsgrad hindrar dock denna teknik på grund av det låga upptaget av exogent DNA av spermieceller blandat med oocytens låga befruktningshastighet.

Se även