Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

15.3: ADN recombinante
TABLA DE
CONTENIDO

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
Recombinant DNA
 
TRANSCRIPCIÓN

15.3: Recombinant DNA

15.3: ADN recombinante

Overview

Scientists create recombinant DNA by combining DNA from different sources—often, other species—in the laboratory. DNA cloning allows researchers to study specific genes by inserting them into easily manipulated cells, such as bacteria. Organisms that contain recombinant DNA are known as genetically modified organisms (GMOs). Recombinant DNA technology produces organisms with new genes that can benefit science, medicine, and agriculture.

How Do Scientists Create Recombinant DNA?

Creation of recombinant DNA involves inserting a gene of interest into a vector—a vehicle that carries foreign DNA into host cells for DNA replication and protein expression. The most commonly used cloning vectors are plasmids, small circular pieces of DNA that replicate independently from the host’s chromosomal DNA.

To create recombinant DNA, both the donor DNA, including the gene of interest, and the vector are cut at specific nucleotide sequences—called restriction sites—using restriction enzymes. The enzyme DNA ligase seals the sugar-phosphate backbone where the gene of interest and plasmid connect.

The result is a recombinant DNA molecule consisting of a vector with an integrated piece of donor DNA—called an insert. A scientist may then introduce this hybrid DNA molecule into a host organism—typically bacteria or yeast—where it easily and rapidly replicates. This creates many copies of the gene of interest, which is necessary for scientific research and other applications. The gene may also be transcribed and translated into the desired protein—such as human insulin—by using the host’s cellular machinery.

Creating recombinant DNA is an imperfect process, and errors often occur. For example, the vector may close without the insert or the insert may be incorrect (e.g., backward). Before using the recombinant DNA for further studies, researchers have to check for errors. Nucleotide sequencing can help identify bacteria colonies that carry plasmids with the correct insert.

Scientists Use Recombinant DNA to Study Genes and Proteins

Recombinant DNA technology is particularly advantageous when a scientist needs many copies of a gene of interest or a protein product. However, a scientist’s research may require an added level of complexity, such as the detection or purification of their desired protein. To achieve this objective, a researcher may attach a tag or reporter—proteins used to identify a gene product—to their desired protein to create a fusion gene, or chimeric gene.

Applications in Medicine and Agriculture

Scientists first used recombinant DNA technology to produce human insulin in bacteria, resulting in a treatment for diabetes. Since that initial discovery, researchers have generated other recombinant DNAs for therapeutic use. Recombinant bacteria make human growth hormone—a protein required for normal growth and development—to treat patients with growth hormone deficiency. Recombinant mammalian cells, derived from humans and hamsters, produce Factor VIII—a protein required for normal blood-clotting—to treat patients with hemophilia. Evidently, recombinant DNA technology is a powerful tool for the large-scale production of essential proteins.

Agricultural advances in recombinant DNA technology also impact human well-being. For example, corn farmers suffered substantial crop damage due to the pest European corn borer. In response, scientists isolated genes from a soil-dwelling bacterium—Bacillus thuringiensis (Bt)—to create genetically modified, pest-resistant corn. Bacillus thuringiensis naturally produces proteins that are toxic to certain insects but not humans, plants, or other animals. The introduction of pest-resistant Bt corn improved crop yields and decreased use of chemical pesticides. Such agricultural applications enhance the quality and quantity of the global food supply.

Visión general

Los científicos crean ADN recombinante combinando ADN de diferentes fuentes, a menudo, otras especies, en el laboratorio. La clonación de ADN permite a los investigadores estudiar genes específicos insertándolos en células fácilmente manipuladas, como bacterias. Los organismos que contienen ADN recombinante se conocen como organismos modificados genéticamente (OMG). La tecnología de ADN recombinante produce organismos con nuevos genes que pueden beneficiar a la ciencia, la medicina y la agricultura.

¿Cómo crean los científicos ADN recombinante?

La creación de ADN recombinante implica insertar un gen de interés en un vector, un vehículo que transporta ADN extraño a las células huésped para la replicación del ADN y la expresión de proteínas. Los vectores de clonación más utilizados son plásmidos, pequeñas piezas circulares de ADN que se replican independientemente del ADN cromosómico del huésped.

Para crear ADN recombinante, tanto el ADN del donante, incluido el gen de interés, como el vector se cortan en secuencias específicas de nucleótidos, llamadas sitios de restricción, utilizando enzimas de restricción. La enzima DNA ligasa sella la columna vertebral de azúcar-fosfato donde se conecta el gen de interés y plásmido.

El resultado es una molécula de ADN recombinante que consiste en un vector con una pieza integrada de ADN de donante, llamada inserción. Un científico puede introducir esta molécula de ADN híbrida en un organismo huésped, normalmente bacterias o levaduras, donde se replica fácil y rápidamente. Esto crea muchas copias del gen de interés, que es necesario para la investigación científica y otras aplicaciones. El gen también puede ser transcrito y traducido a la proteína deseada, como la insulina humana, mediante el uso de la maquinaria celular del huésped.

Crear ADN recombinante es un proceso imperfecto, y a menudo ocurren errores. Por ejemplo, el vector puede cerrarse sin la inserción o la plaquita puede ser incorrecta (por ejemplo, hacia atrás). Antes de utilizar el ADN recombinante para estudios posteriores, los investigadores tienen que comprobar si hay errores. La secuenciación de nucleótidos puede ayudar a identificar colonias de bacterias que llevan plásmidos con el inserto correcto.

Los científicos utilizan ADN recombinante para estudiar genes y proteínas

La tecnología de ADN recombinante es particularmente ventajosa cuando un científico necesita muchas copias de un gen de interés o un producto proteico. Sin embargo, la investigación de un científico puede requerir un nivel adicional de complejidad, como la detección o purificación de la proteína deseada. Para lograr este objetivo, un investigador puede adjuntar una etiqueta o reportero (proteínas utilizadas para identificar un producto genético) a su proteína deseada para crear un gen de fusión, o gen quimérico.

Solicitudes en Medicina y Agricultura

Los científicos utilizaron por primera vez la tecnología de ADN recombinante para producir insulina humana en bacterias, lo que resultó en un tratamiento para la diabetes. Desde ese descubrimiento inicial, los investigadores han generado otros DNAs recombinantes para uso terapéutico. Las bacterias recombinantes hacen de la hormona de crecimiento humano, una proteína necesaria para el crecimiento y desarrollo normal, para tratar a los pacientes con deficiencia de hormona de crecimiento. Las células de mamíferos recombinantes, derivadas de humanos y hámsters, producen el Factor VIII, una proteína necesaria para la coagulación normal de la sangre, para tratar a pacientes con hemofilia. Evidentemente, la tecnología de ADN recombinante es una poderosa herramienta para la producción a gran escala de proteínas esenciales.

Los avances agrícolas en la tecnología del ADN recombinante también afectan el bienestar humano. Por ejemplo, los productores de maíz sufrieron daños sustanciales en los cultivos debido a la plaga de la perforadora europea de maíz. En respuesta, los científicos aislaron genes de una bacteria que habita en el suelo,Bacillus thuringiensis (Bt), para crear maíz modificado genéticamente y resistente a plagas. Bacillus thuringiensis produce naturalmente proteínas que son tóxicas para ciertos insectos pero no humanos, plantas, u otros animales. La introducción de maíz Bt resistente a las plagas mejoró el rendimiento de los cultivos y disminuyó el uso de pesticidas químicos. Estas aplicaciones agrícolas mejoran la calidad y la cantidad del suministro mundial de alimentos.


Lectura sugerida

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

Waiting X
simple hit counter