Biotechnologische toepassingen
Inleiding
Het begrip ‘biotechnologie’
Definitie
Biotechnologie = het gebruik v. levende organismen of producten afkomstig v. levende organismen in het voordeel v/d
mens of de omgeving v/d mens
- Levende organismen: plantaardige cellen, dierlijke cellen, m.o., planten, dieren en/of mensen
- Gebruik: (technologisch) beheersen
o Prullen aan genetisch materiaal v. organismen zelf: gen(en) inbrengen, gen(en) inactief maken
o Omgeving v. organismen wijzigen: omgevingsomstandigheden aanpassen
▪ Bv. m.o. in een reactorvat: pH, temperatuur, … sturen
▪ Bv. plant in serre telen: lichtinval, temperatuur, … controleren/sturen
▪ …
o Beide veranderen
- Voordeel: groei/eigenschappen v. organismen sturen
o Hogere opbrengst, beter/constante kwaliteit, sneller/ethischer proces, duurzamer zijn …
▪ bv. proeven op dierlijke cellen i.p.v. proeven op dier = ethischer
Historische mijlpalen
Domesticatie = duurzame multigenerationele relatie waarbij een groep organismen een aanzienlijke mate v. invloed op de
voortplanting en verzorging v/e andere groep aanneemt om een meer voorspelbare toevoer v. hulpbronnen v. die tweede
groep veilig te stellen
- domesticatie v. planten en dieren = belangrijke culturele innovatie
- Charles Darwin:
o herkende het kleine aantal eigenschappen dat gedomesticeerde soorten anders maakte dan hun wilde
voorouders
o 1ste die het verschil herkende tussen:
▪ bewust selectief fokken: mensen selecteren direct op gewenste eigenschappen
▪ onbewuste selectie: eigenschappen evolueren als een bijproduct v. natuurlijke selectie of v.
selectie op andere eigenschappen
- Genetisch verschil tussen gedomesticeerde en wilde populaties
Fermentaties: m.o. zorgen ervoor dat producten langer houdbaar blijven + makkelijker bewaarbaar
Plantenveredeling = erop gericht om rassen met nieuwe combinaties v. eigenschappen te ontwikkelen → klassieke
veredelaar kruist twee planten met elkaar, door het stuifmeel v/d vaderplant op de stempel v/d moederplant te brengen
- bevruchting slaagt → zaden bezitten allemaal nieuwe combinaties v. eigenschappen
o veredelaar moet daar de gewenste combinatie uit selecteren
- Kruisen: vader- en moederplant v. dezelfde soort of heel nauw verwant
o stuifmeel v/e vreemde soort w. niet geaccepteerd
- Planten moeten in staat zijn hun natuurlijke voortplantingscyclus te blijven voltooien
- Doel: nieuwe rassen ontwikkelen met betere eigenschappen dan het huidige aanbod v. rassen
o Lage gevoeligheid voor ziektes + goede bewaarkwaliteit
Genetische manipulatie: eigenschappen uit andere plantensoorten of uit andere organismen in de plant introduceren
- technieken in het laboratorium + veredeling op moleculair niveau
o planten w. gereduceerd tot hun DNA (= bouwsteen v. genetische informatie)
- eigenwaarde v. plant w. niet gerespecteerd Toepassingsgebieden
1
, ➔ van natuurlijke naar kunstmatige selectie
Kweken van gewassen en dieren
1° natuurlijke selectie
2° “kunstmatige” selectie: mens gaat zelf eigenschappen eruit pikken die het beste zijn en hiermee dan verder kweken
3° kruising én selectie = klassieke veredeling
Trendbreuk !!!: vertrokken met genetische modificatie =
4° genetische modificatie wijzigen over soorten heen + heel doelgericht wijzigen +
5° CRISP ingrepen gaan zeer diep (veel meer kenmerken wijzigen) +
veel sneller
Maatschappelijk debat rond ‘mag dit’? Is het ethisch verantwoord?
- Genetisch gewijzigd voedsel eten?
➔ Kennis v. zaken hebben om een standpunt in te nemen
- Darwin: er zijn soorten en deze zijn aan elkaar verwant + evolutie in soorten
- Mendel: kenmerken die wij als kenmerk zien w. bepaald door onzichtbare dingen
- DNA uit witte bloedcellen halen → nog geen link gelegd tussen Darwin en Mendel
- Genetische informatie: erfelijkheid, erfelijke kenmerken, dingen w. overgedragen, molecule DNA is
verantwoordelijk voor het doorgeven v. kenmerk
- Dubbele helix: opbouw v. structuurformule door Watson en Crick
o 3D en dubbele helix: DNA
- Genetische code: link leggen tussen nucleotide en de volgorde ervan in groepjes v. 3 (codons) en hoe deze
coderen ter vorming v. aminozuren
Watson en Crick
- 1970: recombinant DNA → ligase = plakken
o Restrictie-enzymen = knippen
o 1973: DNA in plasmide en deze plasmide in E.coli repliceren
- Methode om DNA-streng die uit een volgorde v. nucleotiden bestaat te ontcijferen
o Basevolgorde bepalen = sequencing
- PCR-techniek = polymerase kettingreactie → DNA vermenigvuldigen op een heel sequentie specifieke manier
2
, o Met bepaalde primers werken → specifiek selecteren welk stuk DNA vermenigvuldigen
o Kijken of een stukje DNA aanwezig is
o Diagnostisch: iets kunnen vaststellen
- Gene targeting = hoe genen modificeren aan de hand v. homologe recombinatie
o Homologe recombinatie: doordat DNA-strengen op bepaalde manier naast elkaar liggen → heel plaats
specifiek op bepaalde sequentie genetisch materiaal wijzigen
➔ Doelgericht wijzigen
- CRISPR-Cas9 in 2012: systeem dat in natuur bestaat MAAR mens zet dit naar zijn hand
Emmanuelle Charpentier en Jennifer Doudna: Nobelprijs voor scheikunde voor hun ‘genetische schaar’ (= CRISPR-Cas9)
- Is in de natuur aanwezig MAAR als we dit aanpassen kunnen we hier heel veel dingen mee doen
- CRISPR-Cas9
o = methode om genetische code v. levende organismen te bewerken
o = genetische schaar
o = door het leven zelf ontwikkelde methode om heel precies in DNA te knippen en daar dingen te
veranderen
o razendsnel ontwikkeld v. wetenschappelijke ontdekking tot een technologie met vrijwel onbeperkte
toepassingsmogelijkheden
- naam CRISPR w. bedacht door Ruud Jansen (Universiteit Utrecht) en de functie v. deze genetische machinerie w.
ontrafeld door John van der Oost (Wageningen Universiteit)
o bouwden voort op ontdekkingen v. Japanse en Spaanse collega's
- Vroege stadia v. deze wetenschappelijke revolutie: werken met sloophamers → weinig v/h DNA heel laten
o Charpentier en Doudna: sloophamer → schaartje = Cas9: knip op heel specifieke plekken in het DNA
zetten zonder de hele genetische code te vernietigen
▪ met ongekende precisie genen die ongewenst zijn verwijderen, of goede genen met gewenst
eigenschappen in het DNA te monteren
Toepassingsgebieden
Rode biotechnologie
Geneeskunde: medische biotechnologie
- medicijnen
- stamceltherapie
- gentherapie
- diagnostische doeleinden: bv. zelftest
- weefselkweek en weefselengineering: transplantaten maken
- antilichaamtherapie
- DNA-vingerprints
- Menselijke genoom project
o Sequentie gekend → genoom ontrafelen: functie waar coderen?
▪ Wijzigen om erfelijke ziektes uit de wereld te brengen = genoom in kaart brengen en dit
gebruiken
3
, Groene biotechnologie
Landbouw en voeding
- = genetische modificatie v. planten voor toepassingen in landbouw en voeding
o verhoogde opbrengst
o planten met specifieke eigenschappen
▪ herbicide resistentie, insecten resistentie, blauwe rozen maken, …
o planten als productiefabriek van eiwitten en metabolieten
▪ bepaalde geneesmiddelen aanmaken door planten en dan uit de plant oogsten
o planten voor bioremediëring of sanering
o ...
- GMO = 'Genetisch Gemodificeerde Organismen'
- GGO's = planten, dieren, bacteriën of schimmels waarvan de genen gemodificeerd zijn door genetische
manipulatie
o Genetisch gemodificeerde gewassen:
▪ toleranter voor stress zoals droogte, kou, hitte etc.
▪ ongediertebestendig → minder afhankelijk v. chemische bestrijdingsmiddelen
▪ helpen om verliezen na de oogst te verminderen
▪ helpen het mineraalgebruik door planten te verhogen → vroegtijdige uitputting v/d
bodemvruchtbaarheid voorkomen
▪ verhoogde voedingswaarde
▪ helpen om op maat gemaakte planten te creëren om alternatieve bronnen te bieden aan
industrieën, zoals brandstoffen, zetmeel en farmaceutische producten
o Ongedierteresistente planten
▪ RNA-interferentie (RNAi) = methode v. cellulaire verdediging in alle eukaryoten
• = uitschakelen v/e specifiek mRNA door een complementair dubbelstrengs (ds) RNA
dat de translatie v. dit mRNA bindt en remt
o complementaire RNA afkomstig v.:
▪ infectie door virussen met RNA-genomen
▪ genetische elementen = 'transposons'
Witte biotechnologie
Gebruik v. agrarische biomassa als hernieuwbare grondstoffen
- bv. rijststro: biomassa’s
o verwerken, recycleren, up-cycleren
- omgezet door levende cellen en hun enzymen in:
o biobrandstoffen
o bioplastics
o …
- ook: genetische modificatie v. bacteriën voor bioremediëring of sanering
Blauwe biotechnologie
Mariene biotechnologie
- zoeken, verzamelen en gebruiken v. organismen uit de wereldzeeën om stoffen te produceren
- die als … zouden kunnen w. ingezet
o geneesmiddel
o industriële enzymen
o voor andere doelen
Doel van de cursus
- Toepassingen kunnen toelichten
o Ook begrippen, figuren, …
- Persoonlijke visie kunnen formuleren, rekening houdend met de ethische aspecten
o Ook “statements” kunnen beoordelen
o Ethiek vraag op examen
▪ Leg relatie met cursus + laat zien dat elementen v. cursus gebruikt w.
▪ Wat is je eigen mening?:
• punten op formulering: argumenten, wikken en wegen
4
Inleiding
Het begrip ‘biotechnologie’
Definitie
Biotechnologie = het gebruik v. levende organismen of producten afkomstig v. levende organismen in het voordeel v/d
mens of de omgeving v/d mens
- Levende organismen: plantaardige cellen, dierlijke cellen, m.o., planten, dieren en/of mensen
- Gebruik: (technologisch) beheersen
o Prullen aan genetisch materiaal v. organismen zelf: gen(en) inbrengen, gen(en) inactief maken
o Omgeving v. organismen wijzigen: omgevingsomstandigheden aanpassen
▪ Bv. m.o. in een reactorvat: pH, temperatuur, … sturen
▪ Bv. plant in serre telen: lichtinval, temperatuur, … controleren/sturen
▪ …
o Beide veranderen
- Voordeel: groei/eigenschappen v. organismen sturen
o Hogere opbrengst, beter/constante kwaliteit, sneller/ethischer proces, duurzamer zijn …
▪ bv. proeven op dierlijke cellen i.p.v. proeven op dier = ethischer
Historische mijlpalen
Domesticatie = duurzame multigenerationele relatie waarbij een groep organismen een aanzienlijke mate v. invloed op de
voortplanting en verzorging v/e andere groep aanneemt om een meer voorspelbare toevoer v. hulpbronnen v. die tweede
groep veilig te stellen
- domesticatie v. planten en dieren = belangrijke culturele innovatie
- Charles Darwin:
o herkende het kleine aantal eigenschappen dat gedomesticeerde soorten anders maakte dan hun wilde
voorouders
o 1ste die het verschil herkende tussen:
▪ bewust selectief fokken: mensen selecteren direct op gewenste eigenschappen
▪ onbewuste selectie: eigenschappen evolueren als een bijproduct v. natuurlijke selectie of v.
selectie op andere eigenschappen
- Genetisch verschil tussen gedomesticeerde en wilde populaties
Fermentaties: m.o. zorgen ervoor dat producten langer houdbaar blijven + makkelijker bewaarbaar
Plantenveredeling = erop gericht om rassen met nieuwe combinaties v. eigenschappen te ontwikkelen → klassieke
veredelaar kruist twee planten met elkaar, door het stuifmeel v/d vaderplant op de stempel v/d moederplant te brengen
- bevruchting slaagt → zaden bezitten allemaal nieuwe combinaties v. eigenschappen
o veredelaar moet daar de gewenste combinatie uit selecteren
- Kruisen: vader- en moederplant v. dezelfde soort of heel nauw verwant
o stuifmeel v/e vreemde soort w. niet geaccepteerd
- Planten moeten in staat zijn hun natuurlijke voortplantingscyclus te blijven voltooien
- Doel: nieuwe rassen ontwikkelen met betere eigenschappen dan het huidige aanbod v. rassen
o Lage gevoeligheid voor ziektes + goede bewaarkwaliteit
Genetische manipulatie: eigenschappen uit andere plantensoorten of uit andere organismen in de plant introduceren
- technieken in het laboratorium + veredeling op moleculair niveau
o planten w. gereduceerd tot hun DNA (= bouwsteen v. genetische informatie)
- eigenwaarde v. plant w. niet gerespecteerd Toepassingsgebieden
1
, ➔ van natuurlijke naar kunstmatige selectie
Kweken van gewassen en dieren
1° natuurlijke selectie
2° “kunstmatige” selectie: mens gaat zelf eigenschappen eruit pikken die het beste zijn en hiermee dan verder kweken
3° kruising én selectie = klassieke veredeling
Trendbreuk !!!: vertrokken met genetische modificatie =
4° genetische modificatie wijzigen over soorten heen + heel doelgericht wijzigen +
5° CRISP ingrepen gaan zeer diep (veel meer kenmerken wijzigen) +
veel sneller
Maatschappelijk debat rond ‘mag dit’? Is het ethisch verantwoord?
- Genetisch gewijzigd voedsel eten?
➔ Kennis v. zaken hebben om een standpunt in te nemen
- Darwin: er zijn soorten en deze zijn aan elkaar verwant + evolutie in soorten
- Mendel: kenmerken die wij als kenmerk zien w. bepaald door onzichtbare dingen
- DNA uit witte bloedcellen halen → nog geen link gelegd tussen Darwin en Mendel
- Genetische informatie: erfelijkheid, erfelijke kenmerken, dingen w. overgedragen, molecule DNA is
verantwoordelijk voor het doorgeven v. kenmerk
- Dubbele helix: opbouw v. structuurformule door Watson en Crick
o 3D en dubbele helix: DNA
- Genetische code: link leggen tussen nucleotide en de volgorde ervan in groepjes v. 3 (codons) en hoe deze
coderen ter vorming v. aminozuren
Watson en Crick
- 1970: recombinant DNA → ligase = plakken
o Restrictie-enzymen = knippen
o 1973: DNA in plasmide en deze plasmide in E.coli repliceren
- Methode om DNA-streng die uit een volgorde v. nucleotiden bestaat te ontcijferen
o Basevolgorde bepalen = sequencing
- PCR-techniek = polymerase kettingreactie → DNA vermenigvuldigen op een heel sequentie specifieke manier
2
, o Met bepaalde primers werken → specifiek selecteren welk stuk DNA vermenigvuldigen
o Kijken of een stukje DNA aanwezig is
o Diagnostisch: iets kunnen vaststellen
- Gene targeting = hoe genen modificeren aan de hand v. homologe recombinatie
o Homologe recombinatie: doordat DNA-strengen op bepaalde manier naast elkaar liggen → heel plaats
specifiek op bepaalde sequentie genetisch materiaal wijzigen
➔ Doelgericht wijzigen
- CRISPR-Cas9 in 2012: systeem dat in natuur bestaat MAAR mens zet dit naar zijn hand
Emmanuelle Charpentier en Jennifer Doudna: Nobelprijs voor scheikunde voor hun ‘genetische schaar’ (= CRISPR-Cas9)
- Is in de natuur aanwezig MAAR als we dit aanpassen kunnen we hier heel veel dingen mee doen
- CRISPR-Cas9
o = methode om genetische code v. levende organismen te bewerken
o = genetische schaar
o = door het leven zelf ontwikkelde methode om heel precies in DNA te knippen en daar dingen te
veranderen
o razendsnel ontwikkeld v. wetenschappelijke ontdekking tot een technologie met vrijwel onbeperkte
toepassingsmogelijkheden
- naam CRISPR w. bedacht door Ruud Jansen (Universiteit Utrecht) en de functie v. deze genetische machinerie w.
ontrafeld door John van der Oost (Wageningen Universiteit)
o bouwden voort op ontdekkingen v. Japanse en Spaanse collega's
- Vroege stadia v. deze wetenschappelijke revolutie: werken met sloophamers → weinig v/h DNA heel laten
o Charpentier en Doudna: sloophamer → schaartje = Cas9: knip op heel specifieke plekken in het DNA
zetten zonder de hele genetische code te vernietigen
▪ met ongekende precisie genen die ongewenst zijn verwijderen, of goede genen met gewenst
eigenschappen in het DNA te monteren
Toepassingsgebieden
Rode biotechnologie
Geneeskunde: medische biotechnologie
- medicijnen
- stamceltherapie
- gentherapie
- diagnostische doeleinden: bv. zelftest
- weefselkweek en weefselengineering: transplantaten maken
- antilichaamtherapie
- DNA-vingerprints
- Menselijke genoom project
o Sequentie gekend → genoom ontrafelen: functie waar coderen?
▪ Wijzigen om erfelijke ziektes uit de wereld te brengen = genoom in kaart brengen en dit
gebruiken
3
, Groene biotechnologie
Landbouw en voeding
- = genetische modificatie v. planten voor toepassingen in landbouw en voeding
o verhoogde opbrengst
o planten met specifieke eigenschappen
▪ herbicide resistentie, insecten resistentie, blauwe rozen maken, …
o planten als productiefabriek van eiwitten en metabolieten
▪ bepaalde geneesmiddelen aanmaken door planten en dan uit de plant oogsten
o planten voor bioremediëring of sanering
o ...
- GMO = 'Genetisch Gemodificeerde Organismen'
- GGO's = planten, dieren, bacteriën of schimmels waarvan de genen gemodificeerd zijn door genetische
manipulatie
o Genetisch gemodificeerde gewassen:
▪ toleranter voor stress zoals droogte, kou, hitte etc.
▪ ongediertebestendig → minder afhankelijk v. chemische bestrijdingsmiddelen
▪ helpen om verliezen na de oogst te verminderen
▪ helpen het mineraalgebruik door planten te verhogen → vroegtijdige uitputting v/d
bodemvruchtbaarheid voorkomen
▪ verhoogde voedingswaarde
▪ helpen om op maat gemaakte planten te creëren om alternatieve bronnen te bieden aan
industrieën, zoals brandstoffen, zetmeel en farmaceutische producten
o Ongedierteresistente planten
▪ RNA-interferentie (RNAi) = methode v. cellulaire verdediging in alle eukaryoten
• = uitschakelen v/e specifiek mRNA door een complementair dubbelstrengs (ds) RNA
dat de translatie v. dit mRNA bindt en remt
o complementaire RNA afkomstig v.:
▪ infectie door virussen met RNA-genomen
▪ genetische elementen = 'transposons'
Witte biotechnologie
Gebruik v. agrarische biomassa als hernieuwbare grondstoffen
- bv. rijststro: biomassa’s
o verwerken, recycleren, up-cycleren
- omgezet door levende cellen en hun enzymen in:
o biobrandstoffen
o bioplastics
o …
- ook: genetische modificatie v. bacteriën voor bioremediëring of sanering
Blauwe biotechnologie
Mariene biotechnologie
- zoeken, verzamelen en gebruiken v. organismen uit de wereldzeeën om stoffen te produceren
- die als … zouden kunnen w. ingezet
o geneesmiddel
o industriële enzymen
o voor andere doelen
Doel van de cursus
- Toepassingen kunnen toelichten
o Ook begrippen, figuren, …
- Persoonlijke visie kunnen formuleren, rekening houdend met de ethische aspecten
o Ook “statements” kunnen beoordelen
o Ethiek vraag op examen
▪ Leg relatie met cursus + laat zien dat elementen v. cursus gebruikt w.
▪ Wat is je eigen mening?:
• punten op formulering: argumenten, wikken en wegen
4
