Что такое рекомбинантная ДНК?
Рекомбинантная ДНК - это последовательность ДНК, искусственно созданная в лаборатории. ДНК - это матрица, которую клетки используют для производства белков, из которых состоят живые организмы, а расположение азотистых оснований вдоль цепи ДНК определяет, какие белки образуются. Выделяя фрагменты ДНК и рекомбинируя их с другими последовательностями, исследователи могут клонировать ДНК в бактериях или других клетках-хозяевах и производить полезные белки, такие как инсулин. Клонирование позволяет значительно упростить изучение конкретных последовательностей ДНК, поскольку при этом образуется большое количество ДНК, которую затем можно модифицировать и анализировать.
Методы конструирования рекомбинантной ДНК
Трансформация - это процесс, при котором сегмент ДНК вставляется в плазмиду - небольшой самовоспроизводящийся круг ДНК. ДНК разрезают с использованием рестрикционных ферментов. Эти ферменты вырабатываются в бактериальных клетках в качестве защитного механизма, и они нацелены на определенные участки молекулы ДНК и расщепляют ее. Ферменты рестрикции особенно полезны, потому что они создают «липкие концы» на сегментах ДНК. Как и липучка, эти липкие концы позволяют ДНК легко соединяться с дополнительными сегментами.
И интересующий ген, и плазмиды подвергаются действию одного и того же рестрикционного фермента. Это создает множество разных молекул. Некоторые из них представляют собой плазмиды, содержащие интересующий ген, некоторые - плазмиды, содержащие другие гены, некоторые - две плазмиды вместе. Затем плазмиды повторно вводятся в бактериальные клетки, где они реплицируются, и искомая молекула рекомбинантной ДНК идентифицируется с помощью различных типов анализа. Например, если плазмида разрезана на части определенного гена, ученые могут искать клетки, неспособные экспрессировать этот ген, и таким образом определять успешную рекомбинацию.
Небактериальная трансформация - это, по сути, тот же процесс, но в качестве хозяев используются небактериальные клетки. ДНК можно вводить непосредственно в ядро клетки-хозяина. Исследователи также могут загромождать клетку микроскопическими металлическими частицами, покрытыми ДНК.
Трансфекция очень похожа на трансформацию, но вместо плазмид используются фаги. Фаг - это вирус, поражающий бактерии. И фаги, и плазмиды идеально подходят для этого процесса, поскольку они быстро размножаются в бактериальной клетке.
Клонирование и использование последовательностей рекомбинантной ДНК
Как только исследователи идентифицировали конкретные бактериальные клетки, содержащие рекомбинантную последовательность, они могут выращивать эти клетки в культуре и генерировать большие количества гена. Трудно заставить бактериальные клетки фактически генерировать белок из клетки-хозяина человека или животного, но есть способы настроить экспрессию генов, чтобы облегчить такое производство. Если ядерные клетки используются в качестве клеток-хозяев (как при небактериальной трансформации), у клеток будет меньше проблем с экспрессией рекомбинантного гена.
После клонирования большого количества генов их можно будет хранить в библиотеках ДНК, секвенировать и изучать. Технология рекомбинантной ДНК позволила сделать много важных открытий в судебной медицине, изучении генетических заболеваний, сельском хозяйстве и фармацевтике.
