Πώς παράγεται η τεχνητή ινσουλίνη;

Το DNA είναι το γενετικό υλικό σε όλα τα έμβια όντα. Αποθηκεύει τις οδηγίες για το πώς μεγαλώνει και αναπτύσσεται ένα ζωντανό ον. Το ανασυνδυασμένο DNA είναι μια τεχνολογία που επιτρέπει στους επιστήμονες να συνδυάζουν DNA από διαφορετικούς οργανισμούς για να δημιουργήσουν νέο DNA. Το ανασυνδυασμένο DNA χρησιμοποιείται για την παραγωγή ινσουλίνης για άτομα με διαβήτη, εμβόλια, φάρμακα και άλλα προϊόντα.

Όλοι γνωρίζουμε ότι το DNA είναι ο πηγαίος κώδικας της ύπαρξής μας. Περιέχει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για την επιβίωσή μας και μεταβιβάζεται από γενιά σε γενιά, όπως ο Δάσκαλος Oogway μετέδωσε τη σοφία του στον Shifu και τον Po! Το DNA ελέγχει την παραγωγή πρωτεϊνών, οι οποίες βασικά λειτουργούν το σώμα. Μόλις οι επιστήμονες το κατάλαβαν αυτό, όπως μπορείτε να περιμένετε, προσπάθησαν να επινοήσουν τρόπους με τους οποίους θα μπορούσαν να αλλάξουν τον πηγαίο κώδικα, το DNA μας, για να επιφέρουν τις επιθυμητές αλλαγές. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας ανασυνδυασμένου DNA ήταν ένα τέτοιο επίτευγμα. Όσο περίεργο κι αν ακούγεται, είναι και η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία της ινσουλίνης που χρησιμοποιούσε τώρα παγκοσμίως για τον έλεγχο του διαβήτη.

DNA

Πριν πάμε στα προχωρημένα κομμάτια, ας κάνουμε μια γρήγορη ανακεφαλαίωση των βασικών μας στοιχείων. Το DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) υπάρχει ως δίκλωνη δομή, περιελιγμένη σε σχήμα διπλής έλικας. Το DNA μετατρέπεται σε RNA, το οποίο μετατρέπεται περαιτέρω σε πρωτεΐνες. Οι τελευταίες είναι αυτές που πραγματοποιούν τις διάφορες διεργασίες, καθοδηγώντας και διατηρώντας λειτουργίες στο σώμα μας. Το DNA υπάρχει σε κάθε κύτταρο του σώματος. Συμπυκνώνεται για να σχηματίσει χρωμοσώματα που βρίσκονται στον πυρήνα των κυττάρων. Αυτά τα χρωμοσώματα περιέχουν γονίδια.

DNA (Φωτογραφία:Pixabay)

Ανασυνδυασμένο DNA

Όταν το DNA από δύο διαφορετικούς οργανισμούς, είτε του ίδιου είδους είτε διαφορετικού είδους, συνδυάζεται για να σχηματίσει ένα νέο θραύσμα σταθερού DNA, η προκύπτουσα αλυσίδα DNA είναι γνωστή ως ανασυνδυασμένο DNA. Με απλούστερους όρους, το ανασυνδυασμένο DNA σχηματίζεται όταν το DNA ενός οργανισμού ενσωματώνεται στο DNA ενός άλλου οργανισμού του ίδιου ή διαφορετικού είδους.

Εάν επιθυμείται μια συγκεκριμένη αλληλουχία DNA, μπορεί να προστεθεί στο DNA άλλου ξενιστή, χρησιμοποιώντας τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να πραγματοποιηθεί αυτή η διαδικασία. Μόλις επιλεγεί το επιθυμητό DNA, το θραύσμα κόβεται από τον κύριο κλώνο χρησιμοποιώντας ένζυμα που λειτουργούν ως μοριακό ψαλίδι. Αυτά τα ένζυμα ονομάζονται ένζυμα περιορισμού. Για να ενσωματωθεί αυτό το θραύσμα στον δέκτη ή τον ξενιστή, απαιτείται κατάλληλο όχημα. Αυτό το όχημα ονομάζεται διάνυσμα. Η δουλειά ενός φορέα είναι απλή – να μεταφέρει με ασφάλεια το επιθυμητό τμήμα DNA ή το θραύσμα DNA του δότη στον ξενιστή.

Χρησιμοποιώντας ένζυμα όπως η λιγάση, το κομμένο θραύσμα DNA συνδέεται με τον φορέα. Αυτό στη συνέχεια εισάγεται στο κύτταρο ξενιστή, το οποίο το παίρνει ως μέρος του δικού του DNA. Συνήθως, ο φορέας περιέχει επίσης έναν δείκτη, ο οποίος μας δίνει τη δυνατότητα να διαφοροποιήσουμε ένα φυσιολογικό κύτταρο ξενιστή και το οποίο έχει προσλάβει το ανασυνδυασμένο DNA, που ονομάζεται επίσης χίμαιρα. Αυτοί οι δείκτες μπορεί να είναι πράγματα που επιφέρουν μια αλλαγή χρώματος στο κύτταρο ξενιστή ή που του προσδίδουν αντοχή σε ένα συγκεκριμένο αντιβιοτικό κ.λπ. Οι δυνατότητες είναι ατελείωτες.

Είναι απαραίτητο να αναφέρουμε εδώ ότι δεν αρκεί ο ξενιστής να προσλαμβάνει το ανασυνδυασμένο DNA. Πρέπει επίσης να το ενσωματώσει και να το εκφράσει. Αυτό σημαίνει ότι, εάν το επιθυμητό θραύσμα DNA προκάλεσε την παραγωγή μιας πρωτεΐνης, τότε το κύτταρο ξενιστής χρειάζεται να ενσωματώσει το ανασυνδυασμένο DNA και επίσης να παράγει την πρωτεΐνη. Μόνο τότε η όλη διαδικασία θεωρείται επιτυχημένη. Επομένως, για να διασφαλιστεί αυτό, μερικές φορές χρησιμοποιούνται και παράγοντες έκφρασης.

Οι φορείς που χρησιμοποιούνται μπορεί να είναι πλασμίδια, ιοί, μικροσκοπικά σωματίδια στοιχείων όπως βολφράμιο κ.λπ. Ωστόσο, η βασική αρχή του ανασυνδυασμένου DNA παραμένει η ίδια., όπως και το βασικό περίγραμμα της διαδικασίας.

Ινσουλίνη

Το ανασυνδυασμένο DNA είναι ένα πολύ αποτελεσματικό εργαλείο στην επιστήμη. Έχει μια ποικιλία εφαρμογών. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη γενετική διασταύρωσης ειδών, η οποία είναι η μεταφορά DNA από ένα είδος σε άλλο, στη δημιουργία καλύτερης ποιότητας ειδών διατροφής όπως τα δημητριακά, στη δημιουργία πολλαπλών αντιγράφων ενός θραύσματος DNA, στην ενσωμάτωση επιθυμητών χαρακτηριστικών σε πλάσματα κ.λπ. Στην πραγματικότητα, η ινσουλίνη που είναι διαθέσιμη σήμερα, η οποία είναι η μόνη ελπίδα για τους διαβητικούς, παρασκευάζεται επίσης τεχνητά χρησιμοποιώντας τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA.

Το γονίδιο για την παραγωγή ινσουλίνης αναγνωρίζεται και απομονώνεται. Ως ξενιστής, χρησιμοποιούνται είτε Escherichia coli, είτε Saccharomyces cerevisiae. Ωστόσο, η πρώτη τεχνητή ινσουλίνη παρασκευάστηκε με χρήση E. coli. Το πλασμίδιο χρησιμοποιείται ως φορέας και το ανθρώπινο DNA συνδέεται με το πλασμιδιακό DNA, το οποίο το ενσωματώνει. Αυτό το πλασμίδιο στη συνέχεια επανεισάγεται στα βακτήρια που τώρα ονομάζεται ανασυνδυασμένο βακτήριο. Στη συνέχεια αναπτύσσονται και καλλιεργούνται σε τεράστιες δεξαμενές, από όπου εξάγεται και καθαρίζεται η ινσουλίνη που παράγουν.

(Φωτογραφία:PxHere)

Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι η επιλογή διανύσματος είναι ένα σημαντικό μέρος όλης αυτής της διαδικασίας. Ο φορέας πρέπει να είναι συμβατός με το DNA του δότη και τον ξενιστή. Πρέπει επίσης να μπορεί να προκαλεί αναπαραγωγή ή/και έκφραση και παραγωγή.

Συχνά, δεν είναι απαραίτητο όλα τα βακτήρια να προσλάβουν το πλασμιδικό DNA. Εδώ είναι χρήσιμοι οι μαρκαδόροι. Για παράδειγμα, εάν η αντίσταση στα αντιβιοτικά χρησιμοποιείται ως δείκτης, τα ανασυνδυασμένα βακτήρια μπορούν απλώς να αναπτυχθούν σε ένα μέσο που περιέχει αυτό το αντιβιοτικό. Αυτά που έχουν προσλάβει το DNA του πλασμιδίου θα έχουν επίσης αντίσταση στα αντιβιοτικά και θα επιβιώσουν, ενώ τα άλλα θα χαθούν.

Αυτή ήταν μια σημαντική ανακάλυψη για τον άνθρωπο. Αυτή η τεχνολογία έχει χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ινσουλίνης για αρχάριους. Έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία εμβολίων (ηπατίτιδας Β), φαρμάκων, πιο ανθεκτικών δημητριακών και για τη θεραπεία και τη διαχείριση ορισμένων ασθενειών.