V5 Thema 10 DNA B7 Biotechnologie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Thema 4 DNA

B7

Biotechnologie

Lesprogramma

• Leerdoelen B7  (1 minuut)
• Uitleg : Biotechnologie, genetische modificatie, recombinant-DNA-techniek, genetische modificatie met virussen, andere technieken van genetische modificatie, knock-out-genen (10m)
• Zelfstandig opdracht 82 t/m 91 maken (5 minuten)
• Oefen de Flitskaarten en maak Test Jezelf als laatste

• Lesafsluiter B7  (5 minuten)

Eerder klaar? 

• Neem context 'Bio-informaticus' door en maak opdracht 92

Leerdoelen B7

10.7.1 Je kunt verschillende technieken en toepassingen van biotechnologie beschrijven.

Wetenschappers kunnen de eigenschappen van organismen aanpassen door het DNA rechtstreeks te veranderen. Door bijvoorbeeld een stukje van het DNA van een maisplant te vervangen door DNA van een bacterie die giftig is voor sommige insecten, kun je een vraatresistente maisplant maken die geen pesticiden nodig heeft.

Welke mutaties hebben veelal grotere gevolgen?

1. Mutaties in DNA van lichaamscellen
2. Chromosoommutaties in DNA van geslachtscellen
3. Mutaties in niet-coderend DNA
4. Puntmutaties in coderend DNA

Door mutaties ontstaat variaties in het genotype?

1. Juist
2. Onjuist

Hoe heet het suppresorgen dat codeert voor een eiwit dat de celdeling kan onderdrukken bij DNA-schade of de cel in apoptose kan laten gaan?

Bespreking 

Opdracht 44

44

Herhaling B6 (1)

• Mutatie: een verandering in de nucleotidevolgorde van het DNA of RNA van een cel, 
• Het aantal mutaties in een cel blijft beperkt door het DNA-repairsysteem: nuclease knipt nucleotiden uit DNA-streng. 
• Suppressorgen: celcyclus stilleggen of apoptose. 
• Mutaties neutraal in één chromosoom of recessief allel, positief of negatief bij geslachtscellen of embryonale cellen.  
• Puntmutatie: verandering in één nucleotidepaar, substitutie (=vervanging), deletie (=verwijdering), insertie (= toevoegen). 
• Mutatie van proto-oncogen kan zorgen voor abnormale celgroei en -deling. Proto-oncogen kan veranderen in oncogen.
• Geen apoptose door suppressor-gen: rem is weg  en gezwel (tumor) ontstaat

Herhaling B6 (2)

• Mutatiefrequentie verhoogd door mutagene invloeden: straling, mutagene stoffen (sigarettenrook, asbest), virussen. 
• Genoommutatie: aantal chromosomen in de cel is veranderd. 
• Crossing-over: recombinatie neemt toe doordat twee chromatiden van homologe chromosomen stukken DNA uitwisselen.

Intro biotechnologie

• Technieken waarbij organismen worden gebruikt om producten te maken voor de mens.  Daarbij denk je al heel snel aan zaken als de afbeelding links bovenin, maar ook eeuwenoude technieken vallen eronder: de productie van wijn, bier, brood (gist), kaas (enzym chymosine), zuurkool en yoghurt (melkzuurbacteriën). 
• En ook in de landbouw: veredelen (planten) en fokken (dieren) om de gewenste eigenschappen te verkrijgen.

Biotechnologie

• De productie en opbrengst worden verhoogd en goedkoper door gunstige eigenschappen te combineren in één individu door kruisingen en selectie.

Bijvoorbeeld opbrengstverhoging door: 

- veredeling: kruisen - selecteren

- polyploïdie (wel mitose, geen cytokinese) m.b.v. colchicine

- laboratoriumtechnieken, zoals weefselkweek en ivf

Genetische modificatie 

• Eigenschappen van organismen worden veranderd door een nieuw gen in te brengen of genen te wijzigen

• Genetisch gemodificeerd organisme (ggo):

      - cisgenese: DNA afkomstig van organisme van 

         dezelfde soort

      - transgenese: DNA afkomstig van organisme van 

        een andere soort 

• Transgene bacteriën kun je bijvoorbeeld inzetten bij het minder schadelijk maken van vervuilde grond. Ingebouwde genen zorgen ervoor dat kwik in een vervuilde bodem wordt omgezet in een niet giftige kwikverbinding.

Genetische modificatie

• Maiszetmeel wordt als bindmiddel gebruikt, welke eigenlijk verhit moet worden om werkzaam te zijn. 
• Dit type  gemodificeerd mais kan het werk als bindmiddel al doen, zonder dat verhitting nodig is.  
• Andere redenen om zetmeel te modificeren zijn om het ingrediënt beter bestand te maken tegen koeling of bevriezing, de houdbaarheid te vergroten, of de structuur aan te passen. 

DNA-manipulatie

• Gentherapie is het inbrengen van genetisch materiaal in (menselijke) cellen in het kader van een geneeskundige behandeling. 
• Bij erfelijke aandoeningen hoopt men dat dit genetisch materiaal kan dienen om een ziekte die ontstaat door een niet goed functionerend gen te genezen door een 'gezond' gen toe te voegen.

Genetisch gemodificeerde rijst

• Deze ggo-rijst heeft een hoger proVitamineA-gehalte en kan worden ingezet tegen het vitamine A-gebrek in Azië, een kwaal waar veel kinderen aan lijden. 

• Per jaar worden wereldwijd 500.000 kinderen blind door een gebrek aan vitamine A en de helft van hen sterft binnen het jaar. 

• De gouden rijst zou in 2013-2014 verwacht worden in de Filippijnen. 

• Nadeel is dat er nog niet genoeg onderzoek is gedaan naar het effect op de omgeving, biodiversiteit en de overname van natuurlijke zaden door kunstmatige zaden.
• Hoe staat het ermee?

Recombinant-DNA-techniek

•  Recombinant-DNA-techniek is het DNA wijzigen door DNA in te brengen dat afkomstig is van een ander organisme.
• Ontdekking van speciale enzymen die een geselecteerd DNA-fragment uit een DNA-streng kunnen knippen. En deze toe te voegen aan het DNA van een ander organisme. 
• Ander enzym, DNA-ligase, plakt dan de verschillende DNA-fragmenten aan elkaar. Zo kun je bijvoorbeeld recombinant-DNA maken door een stukje DNA van een kikker toe te voegen aan het DNA van een bacterie.
• Niet alle plasmiden zullen het DNA-fragment opnemen. En niet alle bacteriën gemodificeerde plasmiden op. 

Insuline

Resistentie antibioticum

Maak opdracht 82 en 83

Genetische modificatie met virussen

• Met behulp van een enzym uit bepaalde virussen is het mogelijk een gen te isoleren uit het genoom van een eukaryoot organisme.
  
• Eerst een kopie gemaakt van het mRNA (zonder introns of andere overbodige informatie). 
• mRNA wordt uit cellen geïsoleerd die veel van het gewenste eiwit maken. 
• Met behulp van het enzym reverse-transcriptase kan langs een mRNA-keten een enkelstrengs DNA-keten worden gevormd. En daarna de complementaire keten, zodat het DNA dubbelstrengs wordt. 
• Het DNA dat is ontstaan, noem je complementair DNA of copyDNA (cDNA) en bevat alleen het gewenste gen.
• cDNA in plasmide van een bacterie of in een virus inbrengen.

Andere technieken van genetische modificatie

• Geninactivatie: expressie van ziekmakend gen uitschakelen . 
• Toevoegen van antisense-DNA. 
• Kopie gemaakt van het DNA met het ziekmakende gen dat de code bevat voor het ziekteverwekkende eiwit. 
• Kopie is identiek aan het origineel, alleen liggen de stikstofbasen in beide strengen precies in de omgekeerde positie (van 3’ naar 5’ wordt van 5’ naar 3’). 
• Gekopieerde DNA wordt ingebracht in het orgaan dat de ziekteverwekkende eiwitten produceert. 
• Transcriptie van originele gen als de kopie.
• RNA is complementair en als ditmet elkaar in aanraking komt, ontstaat door basenparing dubbelstrengs RNA.
• Geen translatie mogelijk! 
• Deze methode is vergelijkbaar met RNA-interferentie.

Knock-out genen

• Knock-out-gen: een gen dat (permanent) is uitgeschakeld door genetische modificatie
• Meestal  permanent uitgeschakeld. Hiervoor worden embryonale stamcellen gebruikt. 
• Uit een volgroeid organisme van dezelfde soort wordt een gen gehaald waarvan wetenschappers de functie willen weten. 
• Dit gen wordt uitgeschakeld door er een stukje tussenuit te knippen. En op de vrijgekomen plaats wordt een nieuw gen ingebouwd dat resistentie biedt tegen een bepaald antibioticum. En ingebracht in embryonale stamcel.
• Cellen worden na deze behandeling overgebracht naar een petrischaal met een voedingsbodem met een antibioticum, overleven alleen de cellen die het knock-out-gen (met het resistentiegen) hebben ingebouwd.

Knock-out genen (2)

• Deze stamcellen worden ingebracht in een embryo. 
• Een gedeelte van de cellen van het embryo bevat dan het knock-out-gen en het organisme dat wordt geboren, heeft cellen met het knock-out-gen en cellen met het originele gen. 
• Door onderling kruisen van deze organismen ontstaan nakomelingen waarin alle genen knock-out-genen zijn.
• Wanneer deze organismen andere eigenschappen hebben dan normale organismen, dan moet dit zijn te wijten aan het knock-out-gen. 
• Op deze manier wordt duidelijk wat de functie van het gen is. 
• Door onderzoek met knock-out-genen (bijvoorbeeld bij muizen) kun je onder andere meer te weten komen over erfelijke ziekten en kanker.

De hond in de afbeelding hierboven heet Joep. Omroep BNN liet Joep klonen in Zuid-Korea. Bekijk het artikel en het filmpje in de volgende website:

Zoals 

nemokennislink.nl

Klonen

Voor de baasjes van Joep had Joep een gunstig genotype (/fenotype), het is mogelijk om een genetisch identieke nakomeling te verkrijgen door ongeslachtelijke voortplanting: een kloon.

Planten: enten, stekken en weefselkweek

Dieren: embryosplitsing en  celkerntransplantatie

Onderaan de afbeelding staat nog een voorbeeld van therapeutisch klonen: stamceltherapie met gekloonde cellen van een patiënt, om deze met eigen weefsel te genezen.

Planten

• Bij planten gaat het vrij makkelijk...
• Ze hebben nog stamcellen= cellen die nog geen taak hebben. 
• Ze kunnen zich ontwikkelen tot veel verschillende soorten cellen. 
• De stamcellen maken het mogelijk dat uit een klein groepje cellen een hele nieuwe volledige plant groeit.

Stekken

• Stekken is het kunstmatig maken van identieke kopieën van een organisme.  

•  Stekken van een plant zijn de klonen van de moeder.

Enten

• Ongeslachtelijke voortplanting. 

• Bij enten bevestig je een tak van een bepaald soort boom op de onderstam van een verwante soort. De tak groeit vast en groeit op de stam verder. 

• De boom die zo ontstaat, bestaat uit twee delen met verschillende erfelijke eigenschappen. 

Dieren

 2 manieren:

- Embryosplitsing

- Celkerntransplantatie

Embryosplitsing

Embryosplitsing:

• Uit een eicel ontstaat een klompje cellen.
  
• Deze wordt gesplitst in kleinere klompjes cellen.

Celkerntransplantatie:

• 2 cellen: een eicel van een dier en een lichaamscel van een ander dier van dezelfde soort.
  
• De lichaamscel komt van een donor ('gever') met bekende erfelijke eigenschappen. Het doel is om klonen te krijgen die allemaal die erfelijke eigenschappen hebben.

Die klompjes cellen worden in de baarmoeder van b.v een koe geplaats. Hier groeit een kalf uit. Dit zijn de klonen.

Voor gunstige eigenschappen!

https:

Huiswerk

• Maak opdracht 84 t/m 91

• Oefen de Flitskaarten en controleer de leerdoelen 

van B7 met de Test Jezelf

Klaar?

• Neem de Context 'Bio-informaticus' door en maak opdracht 92

Extra info

Lesafsluiter B7

10.7.1 Je kunt verschillende technieken en toepassingen van biotechnologie beschrijven.

biologiepagina.nl

Hoeveel procent heb je gescoord?

Het toevoegen van gist in brood om het luchtig te maken is:

1. klassieke biotechnologie
2. geen biotechnologie
3. recombinant-DNA-techniek
4. moderne biotechnologie

Wat is transgeen?

1. klassieke biotechnologie
2. er is geen trans aanwezig
3. een genetisch gemodificeerd dier
4. genetische modificatie

Is bij de toepassing van biotechnologie altijd sprake van genetische modificatie?

1. ja
2. nee

Bij de productie van bier en zuurkool wordt biotechnologie toegepast

1. Ja
2. Nee

Het toevoegen van gist in brood om het luchtig te maken is een vorm van....

1. klassieke biotechnologie
2. gen expressie
3. recombinant-DNA-techniek
4. moderne biotechnologie

Wat wordt er gedaan bij recombinant-DNA-techniek?

1. Met behulp van bacteriën wordt van melk yoghurt gemaakt.
2. In het DNA van een organisme wordt nieuwe erfelijke informatie aangebracht.
3. Door het gebruik van gisten wordt brood, bier en wijn bereid.
4. Nieuwe klonen worden gemaakt van gunstige organismen.

Wat is de verzamelnaam van technieken waarbij organismen worden gebruikt om producten te maken voor de mens?

1. DNA- recombinant techniek
2. Genetische modificatie
3. Biotechnologie
4. Klonen