Hoppa till innehållet
Hem

Transformation i molekylärbiologi: upptag och uttryck av externt DNA

Översikt av transformation i molekylbiologi: hur celler tar upp och uttrycker externt DNA, skillnader mellan naturlig och artificiell process, metoder, tillämpningar och säkerhetsaspekter

Författare: Skapad: Uppdaterad:

Inom molekylärbiologin är transformation den genetiska förändringen av en cell genom direkt upptag och uttryck av DNA från omgivningen. Begreppet används både för naturliga processer och för laboratorietekniker där främmande DNA förs in i celler.

Bildgalleri

1 Bild
Issoria lathonia
en.wikipedia.org · CC BY-SA 3.0

Grundläggande definitioner

  • Transformation — upptag och funktionellt uttryck av externt DNA i en cell.
  • Kompetens — cellens förmåga att ta upp DNA; vissa celler är naturligt kompetenta medan andra görs kompetenta artificiellt.
  • Horisontell genöverföring — överföring av genetiskt material mellan individer, som sker genom flera mekanismer, bland annat transformation.

Naturlig och artificiell transformation

Omvandling sker naturligt i vissa arter av bakterier och kan också ske på konstgjord väg i laboratorier. Dessa bakterier som kan uppta främmande DNA, antingen naturligt eller efter behandling, kallas i allmänhet kompetenta.

Andra mekanismer för genöverföring

Transformation är en av flera vägar för att föra in externt genetiskt material i bakterier. De övriga huvudsakliga mekanismerna är:

  • Konjugering — direkt överföring av DNA mellan två bakterieceller i kontakt.
  • Transduktion — överföring av DNA via bakteriofager (virus som infekterar bakterier).

Transformation i eukaryoter

Begreppet transformation används ibland även för eukaryota celler, men införandet av främmande DNA i djur- eller växtceller benämns ofta särskilt. Införande i eukaryota celler kallas vanligtvis transfektion, och metoderna skiljer sig ofta från de som används för bakterier.

Metoder och praktisk översikt

Artificiell transformation i laboratoriet sammanfattas i följande steg:

  1. Göra cellerna kompetenta (kemiskt, t.ex. med kalciumjoner, eller elektroporering).
  2. Blanda kompetenta celler med önskat DNA.
  3. Tillämpa en stimuli som underlättar upptaget (t.ex. heat shock eller ett elektriskt fält).
  4. Återhämtning i näringsmedium för att möjliggöra uttryck av införda gener.
  5. Urval eller screening för att identifiera celler som tagit upp och uttrycker det nya DNA:t.

Användningsområden och betydelse

  • Verktyg i molekylärbiologi för kloning och genetisk modifiering.
  • Skapande av rekombinanta bakteriestammar för proteinproduktion och forskning.
  • Studier av genfunktion, genreglering och horisontell genöverföring i naturen.

Säkerhet och etiska frågor

Arbete med transformation ingår i biotekniska tillämpningar och omfattas av biosäkerhetsregler. Forsknings- och tillämpningsområden kräver bedömning av risker och etiska aspekter, särskilt vid arbete med patogena organismer eller genetiskt modifierade organismer som kan påverka miljö eller hälsa.

Sammanfattning

Transformation är en grundläggande biologisk process och ett praktiskt verktyg i laboratoriet för att introducera och uttrycka främmande DNA i celler. Den spelar en central roll i både naturlig genutbyte mellan mikroorganismer och i moderna biotekniska tillämpningar.

Historia

Transformation demonstrerades för första gången 1928 av den brittiske bakteriologen Frederick Griffith. Griffith upptäckte att en ofarlig stam av Streptococcus pneumoniae kunde bli virulent efter att ha utsatts för värmedödade virulenta stammar.

Griffith trodde att någon "transformerande princip" från den värmedödade stammen var ansvarig för att göra den ofarliga stammen virulent. År 1944 identifierades denna omvandlingsprincip som genetisk av Oswald Avery, Colin MacLeod och Maclyn McCarty. De isolerade DNA från en virulent stam av S. pneumoniae och kunde med hjälp av just detta DNA göra en ofarlig stam virulent. De kallade detta upptag och införlivande av DNA i bakterier för "transformation". Se Avery-MacLeod-McCarty-experimentet.

Resultaten av dessa experiment mottogs till en början skeptiskt av forskarsamhället. Inte förrän Joshua Lederberg upptäckte andra metoder för genetisk överföring (konjugering 1947 och transduktion 1953) accepterades Averys experiment. Transformationen blev inte ett rutinförfarande i laboratorierna förrän 1972 då Cohen lyckades transformera Escherichia coli genom att behandla bakterierna med kalciumklorid. Detta skapade ett effektivt och bekvämt förfarande för omvandling av bakterier och öppnade vägen för bioteknik och forskning.

Transformation av djur- och växtceller undersöktes också och den första transgena musen skapades 1982 genom att en gen för ett tillväxthormon från råtta injicerades i ett musembryo.

År 1907 upptäcktes en bakterie som orsakade växttumörer, Agrobacterium tumefaciens, och i början av 1970-talet upptäckte man att det tumörframkallande ämnet var en DNA-plasmid som kallas Ti-plasmid. Genom att ta bort de gener i plasmiden som orsakade tumören och lägga till nya gener kunde forskarna infektera växter med A. tumefaciens och låta bakterierna lägga in sitt valda DNA i växternas arvsmassa.

Alla växtceller är inte mottagliga för infektion av A. tumefaciens, så andra metoder utvecklades, bland annat elektroporation och mikroinjektion. Partikelbombardemang blev möjligt när John Sanford uppfann Biolistic Particle Delivery System (genkanon) 1990.

Frågor och svar

F: Vad är transformation inom molekylärbiologin?

S: Transformation är processen för genetisk förändring av en cell genom direkt upptag och uttryck av DNA från dess omgivning.

F: I vilka bakteriearter förekommer transformation naturligt?

S: Transformation förekommer naturligt i vissa bakteriearter.

F: Vilken term används för bakterier som kan omvandlas?

S: Bakterier som kan omvandlas kallas kompetenta.

F: Vilka är de andra två processerna, förutom transformation, genom vilka genetiskt material utifrån kan föras in i bakterieceller?

S: De andra två processerna genom vilka genetiskt material utifrån kan föras in i bakterieceller är konjugering och transduktion.

F: Kan transformation ske på konstgjord väg?

S: Ja, transformation kan också göras på konstgjord väg.

F: Vad är definitionen av transfektion?

S: Transfektion är processen att föra in nytt genetiskt material i icke-bakteriella celler, t.ex. djur- och växtceller.

F: Hur skiljer sig transduktion från transformation?

S: Transduktion innebär att främmande DNA injiceras av en bakteriofag i värden, medan transformation innebär direkt upptag och uttryck av DNA från omgivningen.

Relaterade artiklar

Författare

AlegsaOnline.com Transformation i molekylärbiologi: upptag och uttryck av externt DNA

URL: https://sv.alegsaonline.com/art/101148

Dela

Källor