5V Thema 4 DNA basisstof 7

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

4.7 Biotechnologie

Leerdoelen

• Je kunt uitleggen wat biotechnologie is en waar het goed voor is.
• Je kunt uitleggen wat genetische modificatie betekent.
• Je kunt voorbeelden geven van biotechnologie.

Biotechnologie

Biotechnologie is verzamelnaam voor technieken waarbij organismen worden gebruikt om producten voor mensen te maken.

Bijvoorbeeld opbrengstverhoging door: 

- veredeling: kruisen - selecteren

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

- laboratoriumtechnieken zoals weefselkweek en ivf

Klassieke biotechnologie

Biotechnologie wordt al heel lang door mensen gebruikt:

- gist (bier, brood)

- kaas

- veredeling (selecteren en kruisen)

Gisten en bacteriën

- Gisten --> gebruikt voor bijv. brood en bier. brood gaat rijzen -> wordt luchtiger 

- Bacteriën --> gebruikt om bijv. yoghurt te maken, zorgen voor zure smaak

genotype van organismen wordt hierbij niet veranderd

Veredeling

• Kwekers ontwikkelen steeds nieuwe plantenrassen, dit heet veredelen.

• In de afbeelding hiernaast zie je de verschillende stappen van veredelen.

Polyploïdie

• vergroot opbrengst gewassen

Gebruik colchicine: spoelfiguur wordt afgebroken

hierdoor polyploïdie: 

veelvoud van 

het aantal 

chromosomen

Moderne biotechnologie

Nieuwe technologiën onstaan snel:

- Klonen (vanaf 1980 'Dolly')

- Genetische manipulatie

    > Recombinant DNA-techniek

        Zalm (groei), Muis (oor)

    > Organen kweken 

        aap met varkenshart, kweekvlees

    > Gentherapie

        CRISPR-CAS9

Klonen

Na verkijgen van gunstig genotype kunstmatig zorgen voor nakome-lingen die allemaal hetzelfde geno-type hebben, noemt men klonen.

- Bij planten: weefselkweek, stekken

- Bij dieren: embryosplitsing, celkerntransplantatie 

Klonen: embryosplitsing

Uit een eicel ontstaat een klompje cellen.

Deze wordt gesplitst in kleinere klompjes cellen.

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!

Celkern-
transplantatie

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.

Genetische modificatie 

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

Genetisch gemodificeerd organisme:

- cisgenese: DNA afkomstig van organisme van dezelfde soort

- transgenese: DNA afkomstig van organisme van een andere soort 

Moleculaire technieken

Technieken:

- Recombinant-DNA-techniek: inbouwen van DNA gebruik makend van bacteriën of virussen

- Gebruik van anti-sense DNA of RNA-i

- Knock-out muis

Recombinant-DNA-techniek (benodigdheden)

Benodigde enzymen:

• restrictie-enzymen: vrijmaken van DNA-fragmenten
• DNA-ligase: toegevoegde DNA-fragmenten en sticky ends aan elkaar plakken 
• reverse transcriptase: synthese van DNA a.h.v. ingebracht RNA (bv copyDNA techniek voor inbouw in virussen/bacteriën) 

Restrictie-enzym

• restrictie-enzym knipt DNA fragmenten uit DNA beide soorten
• DNA-ligase plakt sticky ends aan elkaar

Recombinant-DNA-techniek

1. plasmide wordt m.b.v. restrictie-enzymen opengeknipt.

2. stuk DNA met het insuline gen wordt uit het menselijke DNA geknipt en m.b.v. ligase in  plasmide geplakt.

3. plasmiden worden opgenomen door bacteriën en door deling ontstaan miljoenen bacteriën met het gerecombineerde plasmide.

4. bacterie is transgeen geworden door genetische modificatie.

Recombinant-DNA-techniek

Recombinant-DNA-techniek

Waar in BINAS?

Genetische modificatie met virus of liposoom

- DNA of RNA als erfelijk materiaal met daar omheen een eiwit-mantel

- Veel kleiner dan bacteriën: 0,1 um

- Vermeerderen via specifieke cellen door aan oppervlakte-eiwit te hechten en DNA/RNA naar binnen te laten

- DNA van DNA-virus direct in celkern

- Bij RNA-virus: reverse transcriptase

Reverse transcriptase = 

enzym uit virus

cDNA bevat gewenste gen en  wordt geplaatst in plasmide of virus 

complementair of copy DNA (cDNA)

• Verkregen door mRNA dat codeert voor een eiwit m.b.v. reverse transcriptase om te zetten naar enkelstrengs DNA
• Als je cDNA gebruikt, dan hoef je geen rekening te houden met splicing
• Vervolgens DNA dubbelstrengs maken door tweede streng DNA ertegen te maken m.b.v. DNA polymerase ---> copyDNA

Dit cDNA inbrengen in een plasmide of in een virus

 Gebruik van antisense-DNA

Vorming van complementair mRNA waardoor translatie niet meer kan plaats vinden --> geninactivering 

Toepassing: 

- onderzoeken functie van een gen

- uitschakelen expressie van een ziekteverwekkend gen 

geninactivering dmv antisense-DNA

stukje gen resistentie tegen antibioticum

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.

Argumenten voor:

• producten kunnen goedkoper worden
  
• hogere opbrengsten in de landbouw (minder honger)
  
• milieuvriendelijkere gewassen
  
• medicijnen tegen ziektes
  

Argumenten tegen:

• mens heeft het recht niet om te knippen en plakken met genen van andere organisme
  
• maken van nieuwe soorten gaat tegen natuur in
• kan gevaarlijk zijn voor de natuur
  

Leerdoelen

• Je kunt uitleggen wat biotechnologie is en waar het goed voor is.
• Je kunt uitleggen wat genetische modificatie betekent.
• Je kunt voorbeelden geven van biotechnologie.

Aan de slag

Opdracht 48 t/m 57

Maken samenhang blz 130 en 131