Τι είναι το ανασυνδυασμένο DNA;
Το ανασυνδυασμένο DNA είναι μια αλληλουχία DNA που έχει δημιουργηθεί τεχνητά στο εργαστήριο. Το DNA είναι το πρότυπο κύτταρο που χρησιμοποιείται για την παραγωγή των πρωτεϊνών που αποτελούν ζωντανούς οργανισμούς και η διάταξη των βάσεων αζώτου κατά μήκος ενός κλώνου του DNA καθορίζει ποιες πρωτεΐνες σχηματίζονται. Με την απομόνωση τεμαχίων DNA και τον ανασυνδυασμό τους με άλλες αλληλουχίες, οι ερευνητές μπορούν να κλωνοποιήσουν το DNA εντός βακτηρίων ή άλλων κυττάρων ξενιστών και να παράγουν χρήσιμες πρωτεΐνες, όπως η ινσουλίνη. Η κλωνοποίηση επιτρέπει πολύ ευκολότερη μελέτη συγκεκριμένων αλληλουχιών DNA, καθώς παράγει μια μεγάλη ποσότητα DNA που μπορεί στη συνέχεια να τροποποιηθεί και να αναλυθεί.
Μέθοδοι κατασκευής ανασυνδυασμένου DNA
Ο μετασχηματισμός είναι μια διαδικασία με την οποία ένα τμήμα του DNA εισάγεται σε ένα πλασμίδιο - ένας μικρός αυτοαναπαραγόμενος κύκλος DNA. Το DNA κόβεται χρησιμοποιώντας περιοριστικά ένζυμα. Αυτά τα ένζυμα παράγονται σε βακτηριακά κύτταρα ως αμυντικός μηχανισμός και στοχεύουν συγκεκριμένες θέσεις σε ένα μόριο DNA και το κόβουν. Τα ένζυμα περιορισμού είναι ιδιαίτερα χρήσιμα επειδή δημιουργούν "κολλώδη άκρα" στα τμήματα του DNA. Όπως το Velcro, αυτά τα κολλώδη άκρα επιτρέπουν στο DNA να ενώνεται εύκολα με συμπληρωματικά τμήματα.
Το γονίδιο ενδιαφέροντος και τα πλασμίδια εκτίθενται αμφότερα στο ίδιο ένζυμο περιορισμού. Αυτό δημιουργεί πολλά διαφορετικά μόρια. Μερικά είναι πλασμίδια που περιέχουν το γονίδιο ενδιαφέροντος, μερικά είναι πλασμίδια που περιέχουν άλλα γονίδια, μερικά είναι δύο πλασμίδια μαζί. Τα πλασμίδια στη συνέχεια επανεισάγονται σε βακτηριακά κύτταρα, όπου αναπαράγονται, και το ζητούμενο μόριο ανασυνδυασμένου DNA αναγνωρίζεται μέσω διαφορετικών τύπων ανάλυσης. Για παράδειγμα, εάν το πλασμίδιο τεμαχιστεί σε ένα συγκεκριμένο γονίδιο, οι επιστήμονες μπορούν να αναζητήσουν κύτταρα που δεν εκφράζουν αυτό το γονίδιο και έτσι αναγνωρίζουν τον επιτυχή ανασυνδυασμό.
Ο μη βακτηριακός μετασχηματισμός είναι ουσιαστικά η ίδια διαδικασία αλλά χρησιμοποιεί μη βακτηριακά κύτταρα ως ξενιστές. Το DNA μπορεί να εγχυθεί απευθείας στον πυρήνα ενός κυττάρου ξενιστή. Οι ερευνητές μπορούν επίσης να φράξουν ένα κύτταρο με μικροσκοπικά μεταλλικά σωματίδια που έχουν επικαλυφθεί με DNA.
Η επιμόλυνση μοιάζει πολύ με τον μετασχηματισμό, αλλά οι φάγοι χρησιμοποιούνται αντί των πλασμιδίων. Ένας φάγος είναι ένας ιός που μολύνει βακτήρια. Τόσο οι φάγοι όσο και τα πλασμίδια είναι ιδανικά για αυτήν τη διαδικασία καθώς θα αντιγράφονται γρήγορα μέσα σε ένα βακτηριακό κύτταρο.
Κλωνοποίηση και χρήση αλληλουχιών ανασυνδυασμένου DNA
Μόλις οι ερευνητές αναγνωρίσουν τα συγκεκριμένα βακτηριακά κύτταρα που περιέχουν την ανασυνδυασμένη αλληλουχία, μπορούν να αναπτύξουν αυτά τα κύτταρα σε μια καλλιέργεια και να δημιουργήσουν μεγάλες ποσότητες του γονιδίου. Είναι δύσκολο να πάρουμε βακτηριακά κύτταρα για να δημιουργήσουμε πραγματικά μια πρωτεΐνη από ανθρώπινο ή ζωικό κύτταρο ξενιστή, αλλά υπάρχουν τρόποι τροποποίησης της γονιδιακής έκφρασης για να διευκολύνεται αυτή η παραγωγή. Εάν τα πυρηνικά κύτταρα χρησιμοποιούνται ως κύτταρα ξενιστές (όπως σε μη βακτηριακό μετασχηματισμό), τα κύτταρα θα έχουν λιγότερα προβλήματα που εκφράζουν το ανασυνδυασμένο γονίδιο.
Μόλις τα γονίδια κλωνοποιηθούν σε μεγάλο αριθμό, μπορούν στη συνέχεια να αποθηκευτούν σε βιβλιοθήκες DNA, να αλληλουχηθούν και να μελετηθούν. Η τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA επέτρεψε πολλές σημαντικές ανακαλύψεις στην εγκληματολογία, τη μελέτη γενετικών ασθενειών, τη γεωργία και τα φαρμακευτικά προϊόντα.