BIOTECHNOLOGIE EN GENETICA
INLEIDING: BIOTECHNOLOGIE
Gebruik en manipulatie van biologische producten grondstoffen en biomassa
Biologische systemen: plantaardige en dierlijke cellen, micro-organismen hieruit
enzymen geïsoleerd
NIET: traditionele agricultuur en veeteelt
- Niet altijd zwart wit: koe + stier specifiek fokken zodat koe met grotere kont:
GEEN biotechnologie
- mRNA vaccin = biotechnologisch product: geproduceerd door enzymen geïsoleerd
uit levende organismen DNA: stabieler en makkelijk te manipuleren
- in vitro systeem: enzymen toegevoegd zoals in het menselijk lichaam zou werken
+ bepaalde bouwstenen (ATP, dNTPs, DNA, …)
Eerste periode
Biologische systemen al duizenden jaren gebruikt onbewust: bacteriën en gisten
gebruikt voor maken van bier (suikers omzetten in alcohol) of verzuring van wijn
Vanaf 1850: Pasteur ontdekte dat te wijten aan micro-organismen gerichter gebruik,
maar nog geen techniek om ongewenste micro-organismen (contaminatie) uit te sluiten
Fermentatie: micro-organismen gaan organische stoffen omzetten mbv enzymen
producten en energie genereren
- insuline: ingevoegd in bacterie opkweken door fermentatie: hoeveelheid
bacteriën sterk stijgen dus veel insuline gemaakt
- bier brouwen: snel volledige vat vol met gisten = exponentieel
Tweede periode
Introductie industriële aanmaak glycol, butanol, aceton en citroenzuur
Massaproductie bakkersgist
Rond grote steden zuiveringsinstallaties
Nog niet gehinderd door micro-organismen na bier brouwen: vat niet steriel: geen
gevaar maar kan slechte smaak geven aan bier
Derde periode
Aseptische technieken: contaminatie vermijden geneesmiddelen op grote schaal
aangemaakt (zuivere culturen)
1
,30% van GMen op markt zijn monoklonale antilichamen (komen van zelfs clone, werken
in op zelfde soort antigenen) als 1 bacterie in zoogdiercel: bacterie deelt om de 20-30
minuten, ZDC om de 24 uur bacterie zou overnemen: iets tegen doen
Vierde periode
Recombinant DNA-technieken: doorbraak plantaardige en dierlijke celculturen in
productieprocessen
Biotechnologie is meer dan alleen DNA mutaties
DNA manipulatie
DNA manipuleren en op een stabiele wijze in het genoom van bepaalde cellen inbouwen
mogelijk om industriële productie van specifieke proteïnen: in lichaam weinig/traag
aangemaakt, industrieel meer en snel (neuro-endocriene boodschappers, lymfokines,
bloedproteïnen)
Insuline
Bestaat uit A-keten en B-keten verbonden aan elkaar met disulfide-bruggen
1. Bèta-cellen van pancreas: pre-pro insuline, gelabeld met sequentie dat zegt ‘dit
moet naar buiten’ = signaleringssequentie
2. Signaleringssequentie wordt geknipt pro-insuline
3. Connecting peptide wordt proteolytisch geknipt (een vorm van PTM) insuline
(actief)
Analyse
Zeer belangrijk want contaminatie kan erge gevolgen hebben
Controle van proces + analyse van eindproducten biogene producten door EMA want
eiwitten grotere en complexere moleculen dan klassieke geneesmiddelen (zoals aspirine)
H2: BASISBEGRIPPEN/TECHNIEKEN IN BIOTECHNOLOGIE EN GENETICA
DNA-STRUCTUUR
Primaire structuur
= sequentie van nucleotiden
3C van het eerste nucleotide: -OH groep
5C van tweede nucleotide: fosfaatgroep (PO4 3-)
1C waar base aan gebonden is
2
, Vorming door 3’-5’-fosfodiëster binding
Secundaire structuur
= 2 antiparallelle ketens (dubbelstenige DNA helix: eentje 5’3’ andere 3’5’)
Beide ketens samengehouden door H-bruggen tussen complementaire basen
- GC: 3-H bruggen sterker
- AT: 2-H brugger minder sterk
Chargaffregel: purines / pyrimidines = 1 (logisch want complementair)
Histonen: bepalen of gen ‘aan’ of ‘uit’
- Gesloten: sterk op elkaar gebonden geen ruimte voor enyzmen die kopiëren of
aflezen om er tussen te geraken gen staat ‘uit’
- Open: DNA ligt losser op histonen toegankelijk voor enzymen gen staat ‘aan’
Virussen: enkelstrengig DNA-genoom onstabiel complementariteit met zichzelf:
dubbele helix haarspeld vormen (dubbelplooien)
Circulaire DNA moleculen: bacteriële genomen, sommige virussen, verschillende
bacteriofagen en plasmiden
- Plasmiden: 1 of 2 eiwitten op gecodeerd equivalent seksuele voortplanting: bij
splitsen willekeurig overgedragen aan dochtercellen bv 10 plasmiden: 3-10, 9-1,
… willekeurig
Bacterie zonder plasmide beter overleven (want als eiwit op plasmide: kost meer energie
om mee over te schrijven) deze zouden overnemen in plasmide ook antibiotica-
resistentiegen in medium plaatsen met antibiotica: deze beter overleven
DENATURATIE-RENATURATIE
Reversibel proces:
- Denaturatie: thermisch verwarmen (H-bruggen zo hard trillen dat breken), pH
wijzigingen (protonatie of deprotonatie) of ureum/formamide (concurreren met H-
bruggen)
- Als stengen terug bij elkaar: renatureren
- Tm of smelttemperatuur = temperatuur waarbij helft van de basen in duplex
ongepaard stijgt naarmate meer GC bindingen (3 H-bruggen), daalt naarmate
meer AT (2 H-bruggen)
- Renaturatie: strengen geïncubeerd bij Tm-25°C
Meting of detectie denaturatie: UV spectrofotometrie
3
INLEIDING: BIOTECHNOLOGIE
Gebruik en manipulatie van biologische producten grondstoffen en biomassa
Biologische systemen: plantaardige en dierlijke cellen, micro-organismen hieruit
enzymen geïsoleerd
NIET: traditionele agricultuur en veeteelt
- Niet altijd zwart wit: koe + stier specifiek fokken zodat koe met grotere kont:
GEEN biotechnologie
- mRNA vaccin = biotechnologisch product: geproduceerd door enzymen geïsoleerd
uit levende organismen DNA: stabieler en makkelijk te manipuleren
- in vitro systeem: enzymen toegevoegd zoals in het menselijk lichaam zou werken
+ bepaalde bouwstenen (ATP, dNTPs, DNA, …)
Eerste periode
Biologische systemen al duizenden jaren gebruikt onbewust: bacteriën en gisten
gebruikt voor maken van bier (suikers omzetten in alcohol) of verzuring van wijn
Vanaf 1850: Pasteur ontdekte dat te wijten aan micro-organismen gerichter gebruik,
maar nog geen techniek om ongewenste micro-organismen (contaminatie) uit te sluiten
Fermentatie: micro-organismen gaan organische stoffen omzetten mbv enzymen
producten en energie genereren
- insuline: ingevoegd in bacterie opkweken door fermentatie: hoeveelheid
bacteriën sterk stijgen dus veel insuline gemaakt
- bier brouwen: snel volledige vat vol met gisten = exponentieel
Tweede periode
Introductie industriële aanmaak glycol, butanol, aceton en citroenzuur
Massaproductie bakkersgist
Rond grote steden zuiveringsinstallaties
Nog niet gehinderd door micro-organismen na bier brouwen: vat niet steriel: geen
gevaar maar kan slechte smaak geven aan bier
Derde periode
Aseptische technieken: contaminatie vermijden geneesmiddelen op grote schaal
aangemaakt (zuivere culturen)
1
,30% van GMen op markt zijn monoklonale antilichamen (komen van zelfs clone, werken
in op zelfde soort antigenen) als 1 bacterie in zoogdiercel: bacterie deelt om de 20-30
minuten, ZDC om de 24 uur bacterie zou overnemen: iets tegen doen
Vierde periode
Recombinant DNA-technieken: doorbraak plantaardige en dierlijke celculturen in
productieprocessen
Biotechnologie is meer dan alleen DNA mutaties
DNA manipulatie
DNA manipuleren en op een stabiele wijze in het genoom van bepaalde cellen inbouwen
mogelijk om industriële productie van specifieke proteïnen: in lichaam weinig/traag
aangemaakt, industrieel meer en snel (neuro-endocriene boodschappers, lymfokines,
bloedproteïnen)
Insuline
Bestaat uit A-keten en B-keten verbonden aan elkaar met disulfide-bruggen
1. Bèta-cellen van pancreas: pre-pro insuline, gelabeld met sequentie dat zegt ‘dit
moet naar buiten’ = signaleringssequentie
2. Signaleringssequentie wordt geknipt pro-insuline
3. Connecting peptide wordt proteolytisch geknipt (een vorm van PTM) insuline
(actief)
Analyse
Zeer belangrijk want contaminatie kan erge gevolgen hebben
Controle van proces + analyse van eindproducten biogene producten door EMA want
eiwitten grotere en complexere moleculen dan klassieke geneesmiddelen (zoals aspirine)
H2: BASISBEGRIPPEN/TECHNIEKEN IN BIOTECHNOLOGIE EN GENETICA
DNA-STRUCTUUR
Primaire structuur
= sequentie van nucleotiden
3C van het eerste nucleotide: -OH groep
5C van tweede nucleotide: fosfaatgroep (PO4 3-)
1C waar base aan gebonden is
2
, Vorming door 3’-5’-fosfodiëster binding
Secundaire structuur
= 2 antiparallelle ketens (dubbelstenige DNA helix: eentje 5’3’ andere 3’5’)
Beide ketens samengehouden door H-bruggen tussen complementaire basen
- GC: 3-H bruggen sterker
- AT: 2-H brugger minder sterk
Chargaffregel: purines / pyrimidines = 1 (logisch want complementair)
Histonen: bepalen of gen ‘aan’ of ‘uit’
- Gesloten: sterk op elkaar gebonden geen ruimte voor enyzmen die kopiëren of
aflezen om er tussen te geraken gen staat ‘uit’
- Open: DNA ligt losser op histonen toegankelijk voor enzymen gen staat ‘aan’
Virussen: enkelstrengig DNA-genoom onstabiel complementariteit met zichzelf:
dubbele helix haarspeld vormen (dubbelplooien)
Circulaire DNA moleculen: bacteriële genomen, sommige virussen, verschillende
bacteriofagen en plasmiden
- Plasmiden: 1 of 2 eiwitten op gecodeerd equivalent seksuele voortplanting: bij
splitsen willekeurig overgedragen aan dochtercellen bv 10 plasmiden: 3-10, 9-1,
… willekeurig
Bacterie zonder plasmide beter overleven (want als eiwit op plasmide: kost meer energie
om mee over te schrijven) deze zouden overnemen in plasmide ook antibiotica-
resistentiegen in medium plaatsen met antibiotica: deze beter overleven
DENATURATIE-RENATURATIE
Reversibel proces:
- Denaturatie: thermisch verwarmen (H-bruggen zo hard trillen dat breken), pH
wijzigingen (protonatie of deprotonatie) of ureum/formamide (concurreren met H-
bruggen)
- Als stengen terug bij elkaar: renatureren
- Tm of smelttemperatuur = temperatuur waarbij helft van de basen in duplex
ongepaard stijgt naarmate meer GC bindingen (3 H-bruggen), daalt naarmate
meer AT (2 H-bruggen)
- Renaturatie: strengen geïncubeerd bij Tm-25°C
Meting of detectie denaturatie: UV spectrofotometrie
3
