Recombineren

Recombineren, in de biologie vaak genetische recombinatie genoemd, is het proces waarbij erfelijk materiaal wordt herschikt tot nieuwe combinaties van allelen. Dit draagt bij aan genetische variatie en speelt een centrale rol bij seksuele voortplanting. Recombinatie vindt onder meer plaats tijdens meiose wanneer homologe chromosomen uitgelijnd raken en over elkaar heen DNA-segmenten uitwisselen, maar ook in somatische cellen en bij micro-organismen via verschillende routes.

De belangrijkste vormen zijn homologe recombinatie en site-specifieke recombinatie. Bij homologe recombinatie gebruiken cellen identieke of vergelijkbare sequenties en vereisen enzymen zoals RecA in bacteriën of Rad51 in eukaryoten. De stappen omvatten resectie van DNA-einden, strandinvasie en de vorming van Holliday-junctions met uiteindelijke resolutie. Site-specifieke recombinatie wordt gekenmerkt door recombinases zoals Cre, Flp of integrases die herkennen specifieke sequenties en gericht DNA kunnen wisselen, in- of uitsluiten of kopieën kunnen introduceren. Een derde route, niet-homologe eindverbinding, is een reparatieproces dat in sommige contexten tot fouten kan leiden.

Tijdens meiose leidt crossing-over tussen homologe chromosomen tot nieuwe allelencombinaties in gameten. Mitotische recombinatie speelt ook een rol in somatische cellen en kan leiden tot mosaicisme. Recombinatiepatronen variëren tussen organismen en kunnen hotspots kennen waar recombinatie vaker optreedt.

In biotechnologie wordt recombinatie gebruikt om DNA te manipuleren. Recomineering (recombinatie-engineering) maakt gebruik van bacteriële systemen zoals de lambda Red-operon om modificaties in het E. coli-genoom aan te brengen. Technieken zoals Cre-LoxP en Flp-FRT worden toegepast voor gerichte integratie, deletie of mutatie. Deze gereedschappen versnellen onderzoek en ontwikkeling in genetica, biotechnologie en geneeskunde.

Recombinatie vergroot de genetische variatie en ondersteunt evolutie en aanpassing aan veranderende omgevingen. Het beïnvloedt de verhouding van genen op gekoppelde loci en wordt gemeten in recombinatiefrequenties die worden uitgedrukt in centimorgans. Door recombinatie ontstaan populaties met diverse erfelijke kenmerken, wat van cruciaal belang is voor erfelijke studies en de veredeling van dieren en planten.