Genetische engineering is een waardevol hulpmiddel dat wordt gebruikt om genomen van modelorganismen te wijzigen in een proces dat bekend staat als transgenese. In de ontwikkelingsbiologie wordt deze aanpak vaak gebruikt om gemodificeerde genen te expresseren die kunnen worden gevisualiseerd in levende weefsels. Alternatief kan genetische engineering worden gebruikt om eiwitexpressie te voorkomen of te verstoren om de ontwikkelingsfunctie van specifieke genen te bestuderen.
Deze video zal de principes achter deze technologie samenvatten, enkele procedures voor genetische engineering bespreken en manieren benadrukken waarop deze technieken in het laboratorium worden gebruikt.
Laten we eerst enkele belangrijke concepten onderzoeken die ten grondslag liggen aan transgenese. Dit omvat het invoegen van DNA in het genoom van een modelorganisme. Er zijn verschillende benaderingen, afhankelijk van het doel van de studie.
Ten eerste kan het toevoegen van een gewijzigd gen functionele of morfologische veranderingen onthullen als gevolg van een mutatie. Een andere methode is om extra kopieën van het onveranderde wildtype-gen toe te voegen om de effecten van overexpressie te bestuderen, wat vaak net zo schadelijk kan zijn als een mutatie. Een andere aanpak is om een fusie-eiwit in te voegen dat een visualiseerbare tag bevat, zoals groen fluorescerend eiwit, om de locatie en timing van genexpressie in levende dieren te volgen.
Het DNA-segment dat in het genoom zal worden ingebracht, moet zorgvuldig worden ontworpen om de gewenste expressiepatronen en resultaten te produceren. De promotor, een sequentie-element dat bepaalt wanneer en waar een gen wordt geëxpresseerd, is een cruciaal onderdeel. Bepaalde promotoren worden alomtegenwoordig geëxpresseerd in bijna alle weefsels, terwijl andere alleen actief zijn in specifieke weefsels. Inducibele promotoren, die worden geactiveerd door chemische toediening of blootstelling aan hoge temperaturen, kunnen ook worden gebruikt om de timing van genexpressie te regelen.
Om stabiel in weefsels te worden geëxpresseerd, moet een transgeen eerst in het genoom worden geïntegreerd. Om dit te bereiken, kunnen transgenen flankerende DNA-sequenties bevatten die overeenkomen met gebieden van het genoom van het organisme. Dit stelt het transgeen in staat om zich te integreren met het gastheer-DNA via een proces dat bekend staat als homologe recombinatie. Alternatief kunnen bij sommige soorten speciale elementen, genaamd transposons, transgenese efficiënter maken door herkenningsplaatsen op te nemen voor het enzym transposase, dat de willekeurige invoeging van het transgeen in het genoom katalyseert.
Nu u enkele basisprincipes van transgeendesign kent, laten we eens kijken hoe een transgeen dier wordt gemaakt. Om de transgeneconstructie te maken, begint u met het amplificeren van het gen van belang met behulp van PCR. Dit versterkte gebied wordt vervolgens gekloond in een vector, een stuk DNA dat het transgeen in cellen kan dragen. Vectoren bevatten doorgaans elementen die efficiënte transgeenversterking mogelijk maken met behulp van bacteriën, zoals E. coli. Na deze versterkingsstap wordt de vector gezuiverd uit de bacteriecultuur.
Transgene dieren worden gemaakt door gezuiverd DNA in embryo's te injecteren. Bij vissen en kikkers worden constructen meestal direct in de dooier of het cytoplasma van eencellig embryo's geïnjecteerd. Voor transposon-gemedieerde transgenese wordt een transcript dat het transposase-enzym codeert, toegevoegd aan de injectiemix.
Bij muizen kan transgenese worden bereikt door manipulatie van pas bevruchte eieren waarin de sperma- en eicellen nog niet zijn samengevoegd. De constructie wordt direct in de grotere pronucleus geïnjecteerd, waar het zich kan integreren in het genoom terwijl de cel zich deelt. De eieren moeten vervolgens worden getransplanteerd in de baarmoeder van een pseudozwangere vrouw voor ontwikkeling.
Transgenese-efficiëntie varieert, dus dieren moeten worden gescreend om nakomelingen te identificeren waarin de constructie met succes in het genoom is geïntegreerd. Dit kan worden gedaan door te zoeken naar een fluorescerende tag die is ingebracht voor gemakkelijke identificatie, of door middel van moleculaire analyses zoals PCR van genomisch DNA geïsoleerd uit kleine weefselstukken.
Een tweede benadering van genetische engineering richt zich op specifiek gentargeting om genfunctie te verstoren. Er zijn meerdere benaderingen om dit doel te bereiken. Een relatief nieuwe methode, bekend als genoombewerking, maakt gebruik van sequentiespecifieke enzymen genaamd nucleasen, die de DNA-ruggengraat knippen en mutaties veroorzaken in genen terwijl het DNA wordt gerepareerd.
Een andere targetingmethode omvat het gebruik van homologe recombinatie om een gen te vervangen door buitenlands DNA of een kopie van het gen geflankeerd door herkenningssequenties voor enzymen die recombinases worden genoemd. Wanneer de recombinases aanwezig zijn, wordt de geflankeerde sequentie uit het genoom verwijderd. Dit staat bekend als een conditionele knockout, en controle van genverwijdering kan worden bereikt door het enzym in specifieke weefsels of op bepaalde tijdstippen te exprimeren.
Laten we een algemene procedure bekijken voor het genereren van knockout-muizen door homologe recombinatie. Hier moet een constructie worden voorbereid waarin een deel van de genomische DNA-sequentie wordt vervangen door buitenlands DNA. Dit DNA codeert vaak voor een ander gen, zoals voor antibioticaresistentie, wat een manier biedt om succesvol gemodificeerde cellen in latere stappen te selecteren.
Om de procedure te beginnen, worden embryonale stamcellen verzameld uit de innerlijke celmassa van een vroeg muizenembryo dat bekend staat als een blastocyst. De gelinieerde constructie wordt vervolgens in de stamcellen geïntroduceerd via elektroporatie, waarbij elektrische pulsen tijdelijke poriën in het celmembraan genereren. De cellen worden vervolgens geïncubeerd in aanwezigheid van een antibioticum om cellen zonder het transgeen te elimineren.
Na deze selectiestap kunnen de stamcellen worden geïnjecteerd in een ander muizenembryo in de blastocyst-fase. De embryo's worden vervolgens overgebracht naar de baarmoeder van een vrouwelijke muis
Transgenees, of het gebruik van genetische engineering om genexpressie te veranderen, wordt veel gebruikt op het gebied van ontwikkelingsbiologie. Wet…
Hoofdstukken in deze video
0:00
Overview
0:47
Principles of Transgenesis
2:49
Making a Transgenic Animal
4:42
Principles of Gene Targeting
5:41
Making a Knockout Mouse
7:11
Applications
8:57
Summary
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.