כיצד מדענים בונים מולקולות DNA רקומביננטיות?

DNA רקומביננטי הוא רצף DNA שנוצר באופן מלאכותי במעבדה. DNA הוא תאי התבנית המשמשים לייצור החלבונים המרכיבים אורגניזמים חיים, וסידור בסיסי החנקן לאורך קווצת DNA קובע אילו חלבונים נוצרים. על ידי בידוד נתחי DNA ושילובם מחדש עם רצפים אחרים, החוקרים מסוגלים לשכפל DNA בתוך חיידקים או תאים מארחים אחרים ולייצר חלבונים שימושיים, כגון אינסולין. שיבוט מאפשר לימוד הרבה יותר קל של רצפי DNA מסוימים, מכיוון שהוא מייצר כמות גדולה של DNA שאותה ניתן לשנות ולנתח.

טרנספורמציה היא תהליך שבו מוחדר קטע של DNA לפלסמיד - מעגל קטן של שכפול עצמי של DNA. ה- DNA נחתך באמצעות אנזימי הגבלה. אנזימים אלה מיוצרים בתאי חיידקים כמנגנון הגנתי, והם מכוונים לאתרים מסוימים במולקולת DNA וקוצצים אותה. אנזימי הגבלה שימושיים במיוחד מכיוון שהם יוצרים "קצוות דביקים" על מקטעי ה- DNA. כמו סקוטש, קצוות דביקים אלה מאפשרים ל- DNA להצטרף בקלות עם קטעים משלימים.

הגן שמעניין והפלסמידים שניהם חשופים לאותו אנזים הגבלה. זה יוצר מולקולות רבות ושונות. חלקם הם פלסמידים המכילים את הגן המעניין, חלקם הם פלסמידים המכילים גנים אחרים, חלקם שני פלסמידים יחד. לאחר מכן מציגים את הפלסמידים מחדש לתאי חיידקים, שם הם משכפלים, ומולקולת ה- DNA הרקומביננטית המבוקשת מזוהה באמצעות סוגי ניתוח שונים. לדוגמא, אם הפלסמיד נחתך בגן מסוים, מדענים יכולים לחפש תאים שלא מצליחים לבטא את הגן ובכך לזהות רקומבינציה מוצלחת.

טרנספורמציה לא בקטריאלית היא למעשה אותו תהליך אך משתמש בתאים שאינם חיידקים כמארחים. ניתן להזריק DNA ישירות לגרעין התא המארח. החוקרים עשויים גם לחסום תא עם חלקיקי מתכת מיקרוסקופיים שכוסו ב- DNA.

Transfection דומה מאוד לטרנספורמציה, אך משתמשים בפאגים במקום בפלסמידים. פאג הוא נגיף שמדביק חיידקים. שני הפאגים והפלסמידים הם אידיאליים לתהליך זה מכיוון שהם ישתכפלו במהירות בתוך תא חיידקי.

לאחר שחוקרים זיהו את תאי החיידק המסוימים המכילים את הרצף הרקומביננטי, הם יכולים לגדל תאים אלה בתרבית וליצור כמויות גדולות של הגן. קשה לגרום לתאי חיידקים לייצר למעשה חלבון מתא מארח אנושי או בעלי חיים, אך ישנן דרכים לשנות את ביטוי הגנים כדי להקל על ייצור כזה. אם משתמשים בתאים גרעיניים כתאי המארח (כמו בשינוי לא בקטריאלי), לתאים יהיו פחות בעיות המבטאות את הגן הרקומביננטי.

לאחר שיבוטו גנים בכמות גדולה, ניתן לאחסן אותם בספריות DNA, לבצע רצף וללמוד אותם. טכנולוגיית DNA רקומביננטית אפשרה תגליות חשובות רבות בתחום הזיהוי הפלילי, חקר מחלות גנטיות, חקלאות ותרופות.