Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

15.1: Wat is Gentechnologie?
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
What is Genetic Engineering?
 
TRANSCRIPT

15.1: What is Genetic Engineering?

15.1: Wat is Gentechnologie?

Overview

Genetic engineering is the process of modifying an organism’s DNA to introduce new, desirable traits. Many organisms, from bacteria to plants and animals, have been genetically modified for academic, medical, agricultural, and industrial purposes. While genetic engineering has definite benefits, ethical concerns surround modifying humans and our food supply.

Scientists can Deliberately Modify an Organism’s Genome

Genetic engineering is possible because the genetic code—the way information is encoded by DNA—and the structure of DNA are universal among all life forms. As a result, an organism’s genetic code may be modified in several ways.

The nucleotide sequence may be selectively edited by using techniques such as the CRISPR/Cas9 system. Known as the "molecular scissors," the CRISPR/Cas9 system is an innate, prokaryotic immune response that has been co-opted for editing genetic information.

A gene may also be removed from an organism to create a “knockout,” or introduced to create a “knockin,” through a process called gene targeting. This method relies on homologous recombination—genetic exchange between DNA molecules that share an extended region with similar sequences—to modify an endogenous gene.

Scientists can also insert a gene from one organism into the genome of another, resulting in a transgenic organism. Generally, DNA combined from different sources is called recombinant DNA. The organism that receives that DNA is considered a genetically modified organism or GMO.

Genetic Engineering Impacts Human Health and Well-Being

Genome editing has significantly impacted scientific research, agriculture, industry, and medicine. Molecular biology research often inserts transgenes—foreign genes—into bacteria and viruses to study gene function and expression. Bacteria were the first organisms to be genetically engineered. Scientists introduced the human insulin gene to produce synthetic insulin that is used by people with diabetes.

A technique called gene therapy allows a new gene to be inserted into a person so that the protein it encodes can be expressed within their cells. Gene therapy provides a cure or treatment for some serious and otherwise untreatable genetic diseases. Scientists modified viruses to deliver new genes to host cells. These customized viruses can infect diseased cells and insert a correct copy of a defective gene, treating human disorders such as Severe Combined Immunodeficiency (SCID).

Although many gene therapy treatments use modified viruses, the CRISPR/Cas9 system has become an increasingly popular technique. The CRISPR/Cas9 system cuts DNA by using a guide—RNA sequences known as CRISPR—to direct the “molecular scissors”—an enzyme called Cas9—to specific sites in the genome. Scientists use this molecular tool to add, remove, or alter genetic material. CRISPR/Cas9 has been used in mouse models to correct errors in genes that are responsible for Duchenne muscular dystrophy, Hepatitis B, cataracts, and cardiovascular disease.

While genetic engineering can yield new treatments for diseases, it can also be used for other practical purposes. Transgenic goats have been developed that produce spider silk in their milk for industrial use. In agriculture, some plants have been genetically modified to improve characteristics such as nutritional content and pest resistance. Recent and future advances in genetic engineering will likely continue to impact both human health and well-being.

Ethical Concerns Regarding Genetic Engineering

Genetic engineering has great potential, but where do we draw the line? Scientists and society must answer this question. Human genome editing, especially in germline cells, is a major ethical concern. Most gene therapies modify somatic cells, so genetic changes only affect the individual. Changes to a person’s germline, however, are also inherited by their offspring.

In 2018, a scientist shocked the world when he allegedly created the first babies genetically modified with CRISPR. He attempted to make the twin baby girls resistant to HIV by introducing an unstudied germline mutation. His actions sparked outrage and concern as scientists and the public grappled with what this meant for humankind. It remains unclear how this will affect the girls’ health, their future offspring, or the population.

Another concern is the use of foreign genetic material to improve the food supply. Plants are the most common genetically modified food source, with 28 countries growing nearly 450 million acres of GM crops globally. While there is enormous potential to secure food supply for a growing world population, scientifically sound, long-term studies are needed to address the concerns of GMO critics.

Overzicht

Genetische manipulatie is het proces waarbij het DNA van een organisme wordt gewijzigd om nieuwe, gewenste eigenschappen te introduceren. Veel organismen, van bacteriën tot planten en dieren, zijn genetisch gemodificeerd voor academische, medische, agrarische en industriële doeleinden. Hoewel genetische manipulatie duidelijke voordelen heeft, is er sprake van ethische bezorgdheid over het wijzigen van mensen en onze voedselvoorziening.

Wetenschappers kunnen opzettelijk het genoom van een organisme wijzigen

Genetische manipulatie is mogelijk omdat de genetische code - de manier waarop informatie wordt gecodeerd door DNA - en de structuur van DNA universeel zijn onder alle levensvormen. Als gevolg hiervan kan de genetische code van een organisme op verschillende manieren worden gewijzigd.

De nucleotidesequentie kan selectief worden bewerkt met behulp van technieken zoals het CRISPR / Cas9-systeem. Bekend als de "moleculaire schaar", is het CRISPR / Cas9-systeem een aangeboren, prokaryotische immuunrespons die is gecoöpteerd voor het bewerken van genetische informatie.

Een gen kan ook uit een organisme worden verwijderd om een "knock-out" te creëren, of geïntroduceerd om een "knock-in" te creëren, via een proces dat gentargeting wordt genoemd. Deze methode is gebaseerd op homologe recombinatie - genetische uitwisseling tussen DNA-moleculen die een uitgebreid gebied delen met vergelijkbare sequenties - om een endogeen gen te modificeren.

Wetenschappers kunnen ook een gen van het ene organisme invoegen in het genoom van een ander, wat resulteert in een transgeen organisme. Over het algemeen wordt DNA dat uit verschillende bronnen is gecombineerd, recombinant DNA genoemd. Het organisme dat dat DNA ontvangt, wordt beschouwd als een genetisch gemodificeerd organisme of GGO.

Genetische manipulatie heeft invloed op de menselijke gezondheid en het welzijn

Genoombewerking heeft een aanzienlijke invloed gehad op wetenschappelijk onderzoek, landbouw, industrie en geneeskunde. Moleculair biologisch onderzoek voegt vaak transgenen - vreemde genen - toe aan bacteriën en virussen om de genfunctie en expressie te bestuderen. Bacteriën waren de eerste organismen die genen warentically ontworpen. Wetenschappers hebben het menselijke insulinegen geïntroduceerd om synthetische insuline te produceren die wordt gebruikt door mensen met diabetes.

Met een techniek die gentherapie wordt genoemd, kan een nieuw gen in een persoon worden ingebracht, zodat het eiwit waarvoor het codeert, in hun cellen tot expressie kan worden gebracht. Gentherapie biedt een genezing of behandeling voor sommige ernstige en anderszins onbehandelbare genetische ziekten. Wetenschappers hebben virussen aangepast om nieuwe genen aan gastheercellen te leveren. Deze aangepaste virussen kunnen zieke cellen infecteren en een correcte kopie van een defect gen invoegen, waarmee menselijke aandoeningen zoals ernstige gecombineerde immunodeficiëntie (SCID) worden behandeld.

Hoewel veel gentherapiebehandelingen gebruik maken van gemodificeerde virussen, is het CRISPR / Cas9-systeem een steeds populairdere techniek geworden. Het CRISPR / Cas9-systeem snijdt DNA door met behulp van een gids - RNA-sequenties die bekend staan als CRISPR - om de 'moleculaire schaar' - een enzym genaamd Cas9 - naar specifieke plaatsen in het genoom te leiden. Wetenschappers gebruiken dit molecuul omol om genetisch materiaal toe te voegen, te verwijderen of te wijzigen. CRISPR / Cas9 is in muismodellen gebruikt om fouten te corrigeren in genen die verantwoordelijk zijn voor spierdystrofie van Duchenne, hepatitis B, cataract en hart- en vaatziekten.

Hoewel genetische manipulatie nieuwe behandelingen voor ziekten kan opleveren, kan het ook voor andere praktische doeleinden worden gebruikt. Er zijn transgene geiten ontwikkeld die spinrag in hun melk produceren voor industrieel gebruik. In de landbouw zijn sommige planten genetisch gemodificeerd om eigenschappen zoals voedingswaarde en plaagresistentie te verbeteren. Recente en toekomstige vorderingen op het gebied van genetische manipulatie zullen waarschijnlijk gevolgen blijven hebben voor zowel de menselijke gezondheid als het welzijn.

Ethische zorgen met betrekking tot genetische manipulatie

Genetische manipulatie heeft een groot potentieel, maar waar trekken we de grens? Wetenschappers en de samenleving moeten deze vraag beantwoorden. Het aanpassen van het menselijk genoom, vooral in kiembaancellen, is een belangrijke ethische zorg. De meeste gentherapieën veranderen somatische cellen, so genetische veranderingen hebben alleen invloed op het individu. Veranderingen in de kiembaan van een persoon worden echter ook geërfd door hun nakomelingen.

In 2018 schokte een wetenschapper de wereld toen hij naar verluidt de eerste baby's had gemaakt die genetisch waren gemodificeerd met CRISPR. Hij probeerde de tweelingbabymeisjes resistent te maken tegen hiv door een onbestudeerde kiembaanmutatie te introduceren. Zijn acties wekten verontwaardiging en bezorgdheid op toen wetenschappers en het publiek worstelden met wat dit voor de mensheid betekende. Het blijft onduidelijk hoe dit de gezondheid van de meisjes, hun toekomstige nakomelingen of de bevolking zal beïnvloeden.

Een ander punt van zorg is het gebruik van vreemd genetisch materiaal om de voedselvoorziening te verbeteren. Planten zijn de meest voorkomende genetisch gemodificeerde voedselbron, met 28 landen die wereldwijd bijna 450 miljoen hectare genetisch gemodificeerde gewassen verbouwen. Hoewel er een enorm potentieel is om de voedselvoorziening voor een groeiende wereldbevolking veilig te stellen, zijn wetenschappelijk verantwoorde langetermijnstudies nodig om de zorgen van GGO-critici weg te nemen.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter