Polymerase-kettingreactie (PCR) en zijn wetenschappelijke verwantschap, klonen van tot expressie gebrachte genen, zijn twee biotechnologische doorbraken van de jaren 1970 en 1980 die een belangrijke rol blijven spelen in het begrijpen van ziekte . Beide moleculaire technologieën geven wetenschappers de mogelijkheid om meer DNA op verschillende manieren te maken.

Geschiedenis

Moleculair bioloog Kary Mullis heeft een revolutie teweeggebracht in de genwetenschap toen hij dacht aan de polymerasekettingreactie (PCR) in de lente van 1983, waarmee hij de Nobelprijs voor de Scheikunde van 1993 ontving. Deze doorbraak kwam op de hielen van het klonen van onderzoek dat teruggaat tot 1902. Geen grote vooruitgang geboekt in het klonen gebeurde tot november 1951, toen een team van wetenschappers in Philadelphia een kikkerembryo kloond. De grote doorbraak vond plaats op 5 juli 1996, toen wetenschappers "Dolly" het lam uit een bevroren melkklier kloneren.

PCR en klonen

Klonen maakt eenvoudigweg een levend organisme van een ander, het creëren van twee organismen met exact dezelfde genen. Met PCR kunnen wetenschappers binnen enkele uren miljarden kopieën van een stukje DNA maken. Hoewel PCR de kloneringstechnologie beïnvloedt door grote hoeveelheden DNA te produceren die kunnen worden gekloond, wordt PCR geconfronteerd met de moeilijkheid van contaminatie, waarbij een monster met ongewenst genetisch materiaal ook kan worden gerepliceerd en het verkeerde DNA kan produceren.

Hoe PCR werkt

Het PCR-proces omvat het afbreken van DNA door het te verwarmen, waardoor de DNA-dubbele helix tot afzonderlijke afzonderlijke strengen wordt afgewikkeld. Zodra deze strengen gescheiden zijn, leest een enzym genaamd DNA-polymerase de nucleïnezuursequentie en produceert een duplicaatstreng van DNA. Dit proces wordt keer op keer herhaald, waarbij de hoeveelheid DNA per cyclus wordt verdubbeld en het DNA exponentieel wordt verhoogd totdat miljoenen kopieën van het oorspronkelijke DNA worden gemaakt.

Hoe klonen werkt

DNA-klonen gaat eerst het bron- en vector-DNA isoleren en vervolgens enzymen gebruiken om deze twee DNA te knippen. Vervolgens verbinden wetenschappers het bron-DNA met de vector met een DNA-ligase-enzym dat de splitsing herstelt en een enkele DNA-streng creëert. Dat DNA wordt vervolgens in een cel van het gastheerorganisme gebracht, waar het met het organisme groeit.

Toepassingen

PCR is een standaardhulpmiddel in de forensische wetenschap geworden omdat het zeer kleine DNA-monsters kan vermenigvuldigen voor testen van meerdere misdaadlabels. PCR is ook nuttig geworden voor archeologen om de evolutionaire biologie van verschillende diersoorten te bestuderen, inclusief monsters van duizenden jaren oud. De kloneringstechnologie heeft het relatief gemakkelijk gemaakt om DNA-fragmenten te isoleren die genen bevatten om de genfunctie te bestuderen. Wetenschappers geloven dat betrouwbaar klonen kan worden gebruikt om de landbouw productiever te maken door de beste dieren en gewassen te repliceren en ook om medische testen nauwkeuriger te maken door proefdieren te leveren die allemaal op dezelfde manier reageren op hetzelfde medicijn.