Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

15.4: Transgene Organismen
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
Transgenic Organisms
 
TRANSCRIPT

15.4: Transgenic Organisms

15.4: Transgene Organismen

Overview

Transgenic organisms are genetically engineered to carry transgenes—genes from a different species—as part of their genome. The transgene may either be a different version of one of the organism’s genes or a gene that does not exist in their genome. Transgenes are usually generated by recombinant DNA and DNA cloning techniques. Transgenic bacteria, plants, and animals allow scientists to address biological queries and design practical solutions.

Creating a Transgenic Organism

Scientists begin the process of transgenesis—introducing a transgene into an organism’s genome—by selecting an appropriate technique. There are several biological, chemical, and physical methods of transgenesis. A common biological method involves the virus-mediated introduction of foreign DNA into a host cell genome, called transduction. A popular chemical method uses calcium phosphate (Ca3(PO4)2). The method is based on the formation of a Ca3(PO4)2/DNA precipitate to facilitate DNA binding to and entering cells. Physical methods such as microinjection—a technique that uses a thin, glass needle to manually insert genetic material into cells—artificially introduce DNA by force.

Once inside the cell, a transgene can either integrate randomly or at a specific site in the genome with the help of DNA repair enzymes (i.e., recombination). These transgenic cells then multiply and replicate the transgene as part of their genome, stably expressing the researcher’s gene of interest. A transgene may not integrate into the genome, and hence induce only transient expression of the researcher’s gene of interest. Usually, a selectable marker (e.g., antibiotic resistance gene) or a reporter gene (e.g., GFP) are included along with the gene of interest, so that cells with successful transgene integration can be identified.

Transgenes Can Be Introduced into Animals and Plants

In animals, the transgene is typically inserted into an early-stage, fertilized egg by microinjection. The hope is that the transgene will integrate into the germ cells—reproductive precursor cells that become gametes (i.e., egg or sperm)—so that it will express in all of the developing organism’s cells. Furthermore, germline integration is heritable, meaning the transgene can be passed down through generations by breeding. The transgenic animals are backcrossed—the offspring are mated with the parent—to create lines of animals that are homozygous for the transgene.

Plant transgenesis routinely uses a biological method, such as bacterial vector delivery, to introduce foreign DNA into cells. Rhizobium radiobacter (formerly known as Agrobacterium tumefaciens) is a soil-dwelling, pathogenic bacterium that can infect plants and integrate its plasmid DNA into the plant’s genome. Scientists have modified R. radiobacter so that the plasmid DNA can carry a transgene. Plant tissue samples are cultured with R. radiobacter to allow for infection and the integration of the transgene. These tissues are further cultured on selective media that induce shoot and root growth until the nascent plant can be transferred to soil. These transgenic plants are backcrossed to create lines of high yield, transgenic plants.

Practical Uses of Transgenic Organisms

Transgenic organisms have many applications in agriculture, science, industry, and medicine. For example, transgenic plants have been produced that are insect-resistant to increase yield and reduce the use of pesticides (e.g., Bt corn); bacteria have been engineered for use in biomedical research and to produce biofuels; and transgenic animals have been used to manufacture medicines—such as human proteins—and to create models of human disease. Scientists leverage the power of transgenic plants, bacteria, and animals to research gene expression, create desired gene products, or promote valuable traits.

Overzicht

Transgene organismen zijn genetisch gemanipuleerd om transgenen - genen van een andere soort - als onderdeel van hun genoom te dragen. Het transgen kan een andere versie zijn van een van de genen van het organisme of een gen dat niet in hun genoom voorkomt. Transgenen worden meestal gegenereerd door recombinant DNA en DNA-kloneringstechnieken. Transgene bacteriën, planten en dieren stellen wetenschappers in staat biologische vragen te beantwoorden en praktische oplossingen te bedenken.

Een transgeen organisme creëren

Wetenschappers beginnen het proces van transgenese - het introduceren van een transgen in het genoom van een organisme - door een geschikte techniek te kiezen. Er zijn verschillende biologische, chemische en fysische methoden voor transgenese. Een veelgebruikte biologische methode omvat de virus-gemedieerde introductie van vreemd DNA in het genoom van een gastheercel, genaamd transductie. Een populaire chemische methode maakt gebruik van calciumfosfaat (Ca 3 (PO 4 ) 2 ). Het ontmoettehod is gebaseerd op de vorming van een Ca 3 (PO 4 ) 2 / DNA-neerslag om DNA-binding aan en binnendringen van cellen te vergemakkelijken. Fysieke methoden zoals micro-injectie - een techniek waarbij een dunne glazen naald wordt gebruikt om handmatig genetisch materiaal in cellen in te brengen - introduceren op kunstmatige wijze DNA met geweld.

Eenmaal in de cel kan een transgen ofwel willekeurig ofwel op een specifieke plaats in het genoom integreren met behulp van DNA-reparatie-enzymen (dwz recombinatie). Deze transgene cellen vermenigvuldigen zich vervolgens en repliceren het transgen als onderdeel van hun genoom, waarbij ze het interessante gen van de onderzoeker stabiel tot expressie brengen. Een transgen integreert mogelijk niet in het genoom en induceert daarom alleen tijdelijke expressie van het gen van interesse van de onderzoeker. Gewoonlijk wordt een selecteerbare marker (bijv. Antibioticumresistentie-gen) of een reportergen (bijv. GFP) samen met het gen van belang opgenomen, zodat cellen met succesvolle transgene integratie kunnen worden geïdentificeerd.

Transgenes kunnen worden geïntroduceerd in dieren en planten

Bij dieren wordt het transgen doorgaans door middel van micro-injectie in een vroeg stadium bevruchte eicel ingebracht. De hoop is dat het transgen zal integreren in de geslachtscellen - reproductieve voorlopercellen die gameten worden (dwz eicel of sperma) - zodat het tot expressie komt in alle cellen van het zich ontwikkelende organisme. Bovendien is kiembaanintegratie erfelijk, wat betekent dat het transgen generaties lang kan worden doorgegeven door te fokken. De transgene dieren worden teruggekruist - de nakomelingen worden met de ouder gepaard - om lijnen van dieren te creëren die homozygoot zijn voor het transgen.

Bij plantentransgenese wordt routinematig een biologische methode gebruikt, zoals aflevering van bacteriële vectoren, om vreemd DNA in cellen te introduceren. Rhizobium radiobacter (voorheen bekend als Agrobacterium tumefaciens ) is een in de bodem levende , pathogene bacterie die planten kan infecteren en zijn plasmide-DNA kan integreren in het geno van de plantme. Wetenschappers hebben R. radiobacter gemodificeerd zodat het plasmide-DNA een transgen kan dragen. Plantenweefselmonsters worden gekweekt met R. radiobacter om infectie en integratie van het transgen mogelijk te maken. Deze weefsels worden verder gekweekt op selectieve media die scheut- en wortelgroei induceren totdat de ontluikende plant kan worden overgebracht naar aarde. Deze transgene planten worden teruggekruist om lijnen van transgene planten met een hoge opbrengst te creëren.

Praktisch gebruik van transgene organismen

Transgene organismen hebben veel toepassingen in de landbouw, wetenschap, industrie en geneeskunde. Er zijn bijvoorbeeld transgene planten geproduceerd die resistent zijn tegen insecten om de opbrengst te verhogen en het gebruik van pesticiden te verminderen (bijv. Bt-maïs); bacteriën zijn ontwikkeld voor gebruik in biomedisch onderzoek en om biobrandstoffen te produceren; en transgene dieren zijn gebruikt om medicijnen te vervaardigen - zoals menselijke eiwitten - en om modellen van menselijke ziekten te creëren. Wetenschappers maken gebruik van de krachtvan transgene planten, bacteriën en dieren om genexpressie te onderzoeken, gewenste genproducten te creëren of waardevolle eigenschappen te bevorderen.


Aanbevolen Lectuur

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

Waiting X
simple hit counter