DNA 클로닝: 정의, 프로세스, 예

양 돌리와 같은 전체 유기체를 복제하는 것은 가능하지만 DNA 복제는 다릅니다. 분자 생물학 기술을 사용하여 DNA 서열 또는 단일 유전자의 동일한 사본.

유전 공학 방법을 사용하여 DNA 유전 코드의 세그먼트를 식별하고 분리합니다. 그런 다음 DNA 복제는 핵산 세그먼트의 시퀀스.

생성 된 동일한 사본은 추가 연구 또는 생명 공학 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 종종 복사되는 유전자는 의학적 치료의 일부를 형성 할 수있는 단백질을 암호화합니다. 다음을 포함한 DNA 기술 DNA 복제 유전자가 작동하는 방식과 인간의 유전 암호가 신체 기능에 미치는 영향에 대한 이해를 지원합니다.

DNA 복제는 고급 유기체의 유전 코드를 포함하는 염색체에 위치한 DNA 세그먼트의 동일한 복사본을 만드는 분자 생물학 과정입니다.

이 프로세스는 많은 양의 표적 DNA 서열. DNA 클로닝의 목적은 표적 DNA 서열 자체를 생산하거나 표적 서열에 암호화 된 단백질을 생산하는 것입니다.

DNA 복제에 사용되는 두 가지 방법은 플라스미드 벡터 과 중합 효소 연쇄 반응 (PCR). 에서 플라스미드 벡터 방법, DNA 가닥은 제한 효소 DNA 단편을 생성하고 생성 된 단편은 추가 복제를 위해 플라스미드라고하는 복제 벡터에 삽입됩니다. 플라스미드는 박테리아 세포에 배치되어 DNA 사본 또는 암호화 된 단백질을 생성합니다.

에서 PCR 방법, 복제 할 DNA 가닥의 세그먼트는 프라이머. 중합 효소는 DNA 가닥의 표시된 부분을 복사합니다. 이 방법은 제한 효소를 사용하지 않으며 작은 샘플에서 복제 된 DNA를 생성 할 수 있습니다. 때로는 두 가지 DNA 기술 방법을 함께 사용하여 전체 반응에서 각각의 최상의 기능을 통합합니다.

방법의 벡터는 복제 할 표적 DNA 세그먼트를 보유하는 데 사용되는 플라스미드를 의미합니다. 플라스미드는 비 염색체 DNA 박테리아와 바이러스를 포함한 많은 유기체에서 발견됩니다.

박테리아 플라스미드는 추가 복제를 위해 표적 DNA 세그먼트를 박테리아 세포에 삽입하는 데 사용되는 벡터입니다.

표적 DNA 선택 및 분리 : DNA 복제 과정을 시작하기 전에 DNA 서열, 특히 DNA 세그먼트의 시작과 끝을 확인해야합니다.

이러한 DNA 염기 서열은 알려진 염기 서열을 가진 기존의 복제 된 DNA를 사용하거나 표적 DNA 염기 서열에 의해 생성 된 단백질을 연구하여 찾을 수 있습니다. 서열이 알려지면 해당 제한 효소를 사용할 수 있습니다.

제한 효소로 표적 DNA 절단 : 제한 효소는 표적 서열의 시작과 끝에서 DNA 코드를 찾기 위해 선택됩니다.

제한 효소가 제한 부위라고하는 특수한 코딩 된 염기쌍 서열을 발견하면 그 위치에서 DNA에 부착하고 DNA 분자 주위를 감아 서 바닷가. 이제 표적 서열을 포함하는 절단 된 DNA 세그먼트를 복제 할 수 있습니다.

플라스미드 벡터 선택 및 표적 DNA 삽입 : 적합한 플라스미드는 이상적으로 표적 DNA가 절단 된 DNA 가닥과 동일한 DNA 코딩 서열을 포함합니다. 플라스미드의 원형 DNA 가닥은 표적 DNA를 절단하는 데 사용 된 것과 동일한 제한 효소로 절단됩니다.

ㅏ DNA 리가 아제 효소 DNA 세그먼트 연결을 촉진하는 데 사용되며 표적 DNA 세그먼트의 끝은 플라스미드 DNA의 절단 된 끝과 연결됩니다. 표적 DNA는 이제 원형 플라스미드 DNA 가닥의 일부를 형성합니다.

박테리아 세포에 플라스미드 삽입 : 플라스미드에 복제 할 DNA 서열이 포함되면 실제 복제는 다음과 같은 프로세스를 사용하여 수행 될 수 있습니다. 박테리아 변형. 플라스미드는 E와 같은 박테리아 세포에 삽입됩니다. 대장균, 그리고 새로운 DNA 세그먼트를 가진 세포는 복사본과 해당 단백질을 생산하기 시작할 것입니다.

박테리아 형질 전환에서 숙주 세포와 플라스미드는 체온에서 약 12 ​​시간 동안 함께 배양됩니다. 세포는 일부 플라스미드를 흡수하여 자체 플라스미드 DNA로 취급합니다.

복제 된 DNA 및 단백질 수확 : DNA 클로닝에 사용되는 대부분의 플라스미드는 항생제 내성 유전자 그들의 DNA에 통합되었습니다. 박테리아 세포가 새로운 플라스미드를 흡수하면 항생제에 내성이 생깁니다.

배양액을 항생제로 처리하면 새로운 플라스미드를 흡수 한 세포 만 생존합니다. 그 결과 복제 된 DNA를 가진 세균 세포의 순수 배양이 이루어집니다. 그런 다음 그 DNA를 수확하거나 해당 단백질을 생산할 수 있습니다.

그만큼 PCR 방법이 더 간단하고 기존 DNA를 제자리에 복사합니다. 제한 효소로 절단하거나 삽입 할 필요가 없습니다. 플라스미드DNA 시퀀스. 따라서 제한된 수의 DNA 가닥으로 DNA 샘플을 복제하는 데 특히 적합합니다. 이 방법은 DNA를 복제 할 수 있지만 해당 단백질의 생산에는 사용할 수 없습니다.

DNA 가닥 풀기 : 염색체의 DNA는 이중 나선 구조로 단단히 감겨 있습니다. DNA를 섭씨 96도까지 가열하는 과정에서 변성 DNA 분자가 풀리고 두 가닥으로 분리됩니다. 한 번에 한 가닥의 DNA 만 복제 할 수 있기 때문에 이러한 분리가 필요합니다.

프라이머 선택 : 플라스미드 벡터 DNA 클로닝과 마찬가지로, 클로닝 할 DNA 서열은 DNA 세그먼트의 시작과 끝을 특별히 강조하여 식별해야합니다. 프라이머는 특정 DNA 코드 서열에 부착되는 효소이며 표적 DNA 세그먼트를 표시하기 위해 선택해야합니다. 올바른 프라이머는 DNA 분자 서열에 부착되어 표적 세그먼트의 시작과 끝을 표시합니다.

프라이머를 결합하기위한 반응 어닐링 : 반응을 섭씨 55도까지 식히는 것을 가열 냉각. 반응이 냉각되면 프라이머가 활성화되어 표적 DNA 세그먼트의 각 끝에있는 DNA 가닥에 부착됩니다. 프라이머는 마커 역할 만하며 DNA 가닥을 절단 할 필요가 없습니다.

표적 DNA 세그먼트의 동일한 사본 생성 : 라는 과정에서 신장, 열에 민감한 TAQ 중합 효소 효소가 반응에 추가됩니다. 그런 다음 반응을 섭씨 72 도로 가열하여 효소를 활성화합니다. 활성 DNA 중합 효소는 프라이머에 결합하여 이들 사이의 DNA 서열을 복사합니다. 초기 DNA 시퀀싱 및 복제 프로세스가 완료되었습니다.

복제 된 DNA의 수율 증가 : 초기 어닐링 및 확장 프로세스는 사용 가능한 DNA 가닥 세그먼트의 사본을 비교적 적게 생성합니다. 추가 DNA 복제를 통해 수율을 높이기 위해 반응을 다시 냉각하여 프라이머를 다시 활성화하고 다른 DNA 가닥에 결합하게합니다.

그런 다음 반응을 다시 가열하면 중합 효소 효소가 다시 활성화되고 더 많은 사본이 생성됩니다. 이주기는 25 ~ 30 회 반복 될 수 있습니다.

플라스미드 벡터 방법은 플라스미드를 자르고 삽입하기 위해 충분한 초기 DNA 공급에 의존합니다. 원래 DNA가 너무 적 으면 플라스미드 수가 줄어들고 복제 된 DNA 생산이 느리게 시작됩니다.

PCR 방법은 소수의 원래 DNA 가닥에서 다량의 DNA를 생산할 수 있지만 DNA가 박테리아 세포에 이식되지 않기 때문에 단백질 생산이 불가능합니다.

작은 초기 DNA 샘플에서 복제 할 DNA 단편에 암호화 된 단백질을 생성하려면 두 가지 방법을 함께 사용할 수 있습니다. 서로를 보완하십시오. 먼저 PCR 방법은 작은 샘플에서 DNA를 복제하고 많은 사본을 생성하는 데 사용됩니다.

그런 다음 PCR 산물을 플라스미드 벡터 방법과 함께 사용하여 생성 된 DNA를 원하는 단백질을 생성 할 박테리아 세포에 이식합니다.

분자 생물학은 의료 및 상업적 목적으로 유전자 복제 및 DNA 복제를 사용합니다. 복제 된 DNA 염기 서열을 가진 박테리아는 의약품을 생산하고 유전 질환이있는 사람들이 스스로 생산할 수없는 물질을 대체하는 데 사용됩니다.

일반적인 용도는 다음과 같습니다.

• 유전자 인간 인슐린 박테리아에 복제되어 당뇨병 환자가 사용하는 인슐린을 생성합니다.
• 조직 플라스 미노 겐 활성화 제는 복제 된 DNA에서 생성되며 혈전 예방.
• 인간 성장 호르몬 스스로 생산할 수없는 사람들에게 생산되고 관리 될 수 있습니다.

생명 공학은 또한 농업에서 유전자 복제를 사용하여 식물과 동물의 새로운 특성을 생성하거나 기존 특성을 향상시킵니다. 더 많은 유전자가 복제 될수록 가능한 사용 횟수는 기하 급수적으로 증가합니다.

DNA 분자는 살아있는 세포에서 물질의 작은 부분을 구성하며 많은 유전자의 영향을 분리하기가 어렵습니다. DNA 클로닝 방법은 연구를 위해 다량의 특정 DNA 서열을 전달하며 DNA는 원래 세포에서와 마찬가지로 단백질을 생산합니다. DNA 클로닝을 통해 분리 된 여러 유전자에 대해이 작업을 연구 할 수 있습니다.

일반적인 연구 및 DNA 기술 응용 분야에는 다음 검사가 포함됩니다.

• 유전자의 기능.
• 유전자의 돌연변이.
• 유전자 발현.
• 유전자 제품.
• 유전 적 결함.

더 많은 DNA 서열이 복제되면 추가 서열을 찾아 복제하는 것이 더 쉽습니다. 기존의 복제 된 DNA 세그먼트를 사용하여 새 세그먼트가 이전 세그먼트와 일치하는지 여부와 다른 부분을 확인할 수 있습니다. 그러면 표적 DNA 서열을 식별하는 것이 더 빠르고 정확합니다.

에 유전자 치료, 복제 된 유전자는 천연 유전자가 손상된 유기체의 세포에 제공됩니다. 특정 유기체 기능에 필요한 단백질을 생산하는 중요한 유전자는 돌연변이되거나 방사선에 의해 변경되거나 바이러스의 영향을받을 수 있습니다.

유전자가 제대로 작동하지 않으면 중요한 물질이 세포에서 누락됩니다. 유전자 치료는 필요한 물질을 생산할 복제 된 버전으로 유전자를 대체합니다..

유전자 치료는 아직 실험적이며이 기술을 사용하여 치료 한 환자는 거의 없습니다. 문제는 의학적 상태를 담당하는 단일 유전자를 식별하고 유전자의 많은 사본을 올바른 세포에 전달하는 데 있습니다. DNA 클로닝이 더욱 널리 보급됨에 따라 유전자 치료가 여러 특정 상황에 적용되었습니다.

최근 성공한 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

• 파킨슨 병: 바이러스를 벡터로 사용하여 파킨슨 병 관련 유전자를 환자의 중뇌에 주입했습니다. 환자들은 부작용없이 향상된 운동 능력을 경험했습니다.
• 아데노신 데 아미나 제 (ADA) 결핍 : 환자의 혈액 줄기 세포를 제거하고 ADA 유전자를 삽입하여 유전 적 면역 장애를 치료했습니다. 그 결과 환자들은 자신의 ADA 중 적어도 일부를 생성 할 수있었습니다.
• 혈우병: 혈우병 환자는 혈전을 돕는 특정 단백질을 생산하지 않습니다. 누락 된 단백질 중 하나를 생산하기위한 유전자가 환자의 간세포에 삽입되었습니다. 환자가 단백질을 생산하고 출혈 사고가 감소했습니다.

유전자 치료는 DNA 복제의 가장 유망한 응용 프로그램 중 하나이지만 더 많은 DNA 서열이 연구되고 기능이 결정됨에 따라 다른 새로운 용도가 확산 될 가능성이 있습니다. DNA 클로닝은 필요한 양의 유전 공학을위한 원료를 제공합니다.

유전자의 역할을 알고 결함의 대체를 통해 적절한 기능을 보장 할 수있는 경우 유전자, 많은 만성 질환 및 암까지도 DNA를 사용하여 유전 적 수준에서 공격 및 치료할 수 있습니다. 과학 기술.

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