Genetiese boukunde

Genetiese boukunde ("genetic engineering") is die tegnologie met behulp waarvan die genetiese inligting met die oog op die sintese van spesifieke proteïene doelgerig uitgeruil kan word tussen verskillende soorte selle van plante-, diere- en bakteriese oorsprong. Die beginsel van die tegnologie, wat soms ook genetiese manipulasie genoem word, berus op die vermoë om:

- die geen wat die inligting bevat vir die sintese van 'n spesifieke proteïen, te isoleer;

- die geen te rekombineer met die genetiese materiaal van 'n bepaalde draer, wat dit op sy beurt na 'n sel kan oordra;

- die nodige modifikasies aan te bring, wat die ontvangersel in staat sal stel om die nuwe genetiese inligting te gebruik vir die sin lese van die proteïen.

In die ontwikkeling van die tegnologie het die ontdekking van bepaalde ensieme, soos byvoorbeeld die restriksie-endonukleases en die omgekeerde transkriptase, ŉ deurslaggewende rol gespeel. Die toepassing van hierdie tegnologie het reeds wêreldwye reaksie en belangstelling uitgelok.

Dit maak dit moontlik om bakteriese selle te gebruik as "fabrieke" vir die sintese van groot hoeveelhede proteïene van geneeskundige en ander belang wat normaalweg slegs deur dierselle gesintetiseer word. In beginsel is dit moontlik om die eienskappe van plante wat nie met behulp van natuurlike genetiese kruisings verander kan word nie, selektief te modifiseer. Dit is dus potensieel van onskatbare waarde vir die landbou.

 Inleiding 
Die term genetiese boukunde word gebruik vir 'n reeks tegnieke wat in Engels ingesluit is onder die begrip "genetic engineering". Die term suggereer dat die tegnieke spesifiek die aanbring van beplande genetiese veranderinge ten doel het. Die genetiese materiaal van 'n sel bestaan uit deoksiribonukleïensuur (DNS), en genetiese boukunde of manipulasie is niks anders nie as die gekontroleerde modifikasie van die DNS van 'n sel op so 'n manier dat ŉ identiese nageslag van hierdie gemodifiseerde selle tot stand kom.

Dit is duidelik dat eenvoudige eensellige organismes soos bakterieë die maklikste in sulke tegnieke gebruik kan word. Dit kan egter ook toegepas word op selle van hoër organismes. Veral plantselle het die unieke voordeel dat 'n volledig gedifferensieerde plant uit 'n enkele sel gekweek kan word. Dit beteken dus dat as 'n enkele plantsel se DNS verander word, die verandering in die plant as 'n geheel gereflekteer word. Verreweg die meeste genetiese manipulasie is egter tot dusver gedoen met bakterieë, en in die besonder met Escherichia coli (E. coli), 'n bakterie wat seker as die mees volledig bestudeerde organisme ter wêreld gereken moet word.

Die veranderings aan die DNS is tot dusver in byna alle gevalle beperk tot die toevoeging van ŉ vreemde geen of gene tot die bestaande genetiese materiaal van die sel. Verder word dikwels nog modifikasies aangebring om sulke nuwe gene te aktiveer, ten einde die bakterie in staat te stel om groot hoeveelhede van die nuwe geenproduk Cn proteïen) te produseer. Dit is 'n belangrike toepassingsgebied van die nuwe tegnologie. Bakterieë kan gebruik word as "fabrieke" om proteïene te maak wat normaalweg slegs deur 'n heeltemal ander sel, byvoorbeeld 'n diersel, gesintetiseer is. Omdat bakterieë teen lae koste in baie groot getalle gekweek kan word, kan ook die proteïen in groot hoeveelhede geproduseer word. Die tegnologie, wat dikwels ook geenklonering of DNS-rekombinasie genoem word, behels minstens 3 onderskeibare afdelings, naamlik die isolasie van die geen wat gekloneer moet word, die klonering self en die modifikasies wat nodig is om die geen tot uitdrukking te bring.

 Geenisolasie 
In genetiese manipulasie is die doel gewoonlik om slegs die geen wat die inligting vir die sintese van 'n bepaalde proteïen bevat, in 'n ander sel, byvoorbeeld ŉ geskikte bakteriese sel, oor te plaas. 'n Geen bestaan uit 'n sekere lengte DNS. Indien die betrokke stuk DNS geïsoleer kan word, is die probleem opgelos. Ongelukkig is dit nie altyd so maklik nie, veral nie in die geval van die gene van selle van hoër organismes nie. Hier moet dan dikwels van boodskapper-RNS (b-RNS) gebruik gemaak word.

Tydens een van die prosesse wat proteïensintese voorafgaan, word die genetiese inligting in die dubbeldraad-DNS-geen "oorgeskryf" of getranskribeer in 'n enkeldraad- RNS-vorm. Die b-RNS bevat dieselfde inligting vir proteïensintese as die DNS, en dit neem direk deel aan die sinteseproses in die sitoplasma van die sel. Die b-RNS is dikwels makliker om te isoleer as spesifieke DNS-gene. Voordat die b-RNS gebruik kan word, moet dit egter teruggebring word tot die DNS-vorm. Om hierdie taak te verrig, is daar gelukkig 'n ensiem, die "omgekeerde transkriptase", beskikbaar. Hierdie ensiem het die vermoë om enkeldraad-RNS "terug te skryf" in die DNS-vorm. Hierdie DNS kan dan gebruik word vir klonering.

 Klonering 
Wanneer 'n geen geïsoleer en in 'n ander sel ingebou word op so 'n wyse dat 'n nageslag van identiese gene ontstaan, word dit klonering genoem. Om oordrag na 'n ander sel te verkry, word gewoonlik van 'n draer of vektor gebruik gemaak. In die geval van bakterieë kan 'n virus as vektor dien, maar die gebruik van plasmiede is algemener.

Plasmiede is klein, sirkelvormige stukkies DNS wat in 'n bakterie voorkom. Hulle bevat gewoonlik slegs enkele gene en is nie deel van die bakteriese chromosoom self nie, maar vermenigvuldig saam met die bakteriese sel. Die plasmiede kan geïsoleer en met behulp van een van 'n hele reeks baie belangrike ensieme, die restriksie-endonukleases, op so 'n manier gesny word dat die moontlik is om 'n nuwe stuk DNS in die gaping in te bou. Hierdie ensieme kloof die DNS altyd op 'n spesifieke plek in die molekule, wat bepaal word deur die nukleotiedvolgorde van die DNS.

In sekere gevalle kloof hulle die DNS sodanig dat daar klein stukkies enkeldraad-DNS aan die eindpunte van DNS-ketting oorbly wat kan dien as vashegpunte vir nuwe DNS. Dikwels word die nuwe DNS-geen op 'n soortgelyke wyse gemodifiseer om maklik in te pas. As die nuwe DNS ingelas is, word die plasmied weer sirkelvormig en kan dit weer die bakterie binnedring en saam met die normale sel vermenigvuldig.

 Geenekspressie 
Die blote inlas van 'n stuk DNS in 'n plasmied van ŉ bakterie is egter geen waarborg dat die bakterie die ooreenstemmende proteïen gaan maak nie. Die nuwe inligting moet op so 'n manier gelees word dat dit onderskeibaar is van die sel se eie gene. Hiervoor is dit nodig om reguleringsfaktore voor en in die nuwe geen in te bou om te verseker dat die inligting gelees kan word. In bakteriese selle is baie van hierdie faktore goed bekend, maar in selle van hoër organismes skep dit nog baie tegniese probleme. Indien daar egter aan die nodige vereistes voldoen is, sal die bakterie die nuwe proteïen begin sintetiseer en alle nageslagselle sal presies dieselfde doen.

 Toepassing 
Die tegniek het potensieel 'n baie wye toepassingsgebied. Op mediese gebied is die gene wat vir die vervaardiging van insulien en die menslike groeihormoon verantwoordelik is, reeds gekloneer, en hierdie twee hormone kan op groot skaal vir mediese gebruik vervaardig word in bakterieë. Die klonering van die interferon-geen maak ŉ grootskaalse ondersoek na die terapeutiese gebruik van die verbinding met sy belangrike anti-viruswerking ook vir die eerste keer 'n realistiese moontlikheid.

Die moontlike anti-kankereffek van interferon kan nou ook bestudeer word. Op die gebied van entstowwe bied die tegniek ook baie moontlikhede. In plaas daarvan dat hoogs gevaarlike virusse vir entstowwe gekweek moet word, kan die geen of gene van virusproteïene gekloneer word en die gesintetiseerde virusproteïen kan as veilige entstof gebruik word. Die tegniek is byvoorbeeld reeds gebruik om 'n entstof te probeer maak teen die bek-en-klou-seervirus, een van die gevaarlikste dierevirusse, wat groot ekonomiese implikasies vir die landbou inhou. Ook vir die maak van ŉ veilige entstof teen hondsdolheid hou dit groot moontlikheid in. Op die gebied van die landbou is die moontlikhede wat die genetiese boukunde bied, potensieel van die allergrootste belang.

Dit skep die moontlikheid dat plantselle gemodifiseer kan word en dat volledige nuwe plante met gewysigde eienskappe uit die gemodifiseerde selle gekweek kan word. Enkele voorbeelde van eienskappe wat miskien so ingebou kan word, is droogtebestandheid, die vermoë om stikstof te bind, verbeterde groeiwyse en vrugopbrengste. Baie van hierdie eienskappe word egter deur meer as een geen bepaal en baie navorsing sal nog gedoen moet word om die moontlikhede werklikheid te maak.

 Verwysings 

 Wêreldspektrum, 1982,