นักวิทยาศาสตร์สร้างโมเลกุล DNA รีคอมบิแนนท์ได้อย่างไร

Recombinant DNA เป็นลำดับ DNA ที่สร้างขึ้นในห้องแล็บเทียม ดีเอ็นเอเป็นแม่แบบที่เซลล์ใช้ในการผลิตโปรตีนที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิต และการจัดเรียงฐานไนโตรเจนตามสายดีเอ็นเอเป็นตัวกำหนดว่าโปรตีนชนิดใดจะก่อตัวขึ้น โดยการแยกชิ้นส่วนของ DNA และรวมเข้ากับลำดับอื่นๆ นักวิจัยสามารถโคลน DNA ภายในแบคทีเรียหรือเซลล์เจ้าบ้านอื่นๆ และผลิตโปรตีนที่มีประโยชน์ เช่น อินซูลิน การโคลนช่วยให้การศึกษาลำดับดีเอ็นเอเฉพาะได้ง่ายขึ้นมาก เนื่องจากจะสร้าง DNA จำนวนมากที่สามารถปรับเปลี่ยนและวิเคราะห์ได้

การแปลงสภาพเป็นกระบวนการที่ส่วนหนึ่งของ DNA ถูกแทรกเข้าไปในพลาสมิด ซึ่งเป็นวงกลมเล็กๆ ที่จำลองตัวเองของ DNA DNA ถูกตัดโดยใช้เอ็นไซม์จำกัด เอ็นไซม์เหล่านี้ผลิตขึ้นในเซลล์แบคทีเรียเพื่อเป็นกลไกในการป้องกัน และพวกมันมุ่งเป้าไปที่ตำแหน่งเฉพาะบนโมเลกุลดีเอ็นเอและแยกส่วนออกจากกัน เอ็นไซม์จำกัดมีประโยชน์อย่างยิ่งเนื่องจากสร้าง "ปลายเหนียว" บนส่วนของดีเอ็นเอ เช่นเดียวกับ Velcro ปลายเหนียวเหล่านี้ช่วยให้ DNA สามารถเชื่อมต่อกับส่วนเสริมได้อย่างง่ายดาย

ยีนที่สนใจและพลาสมิดต่างก็มีเอนไซม์จำกัดเหมือนกัน สิ่งนี้สร้างโมเลกุลที่แตกต่างกันมากมาย บางชนิดเป็นพลาสมิดที่มียีนที่น่าสนใจ บางชนิดเป็นพลาสมิดที่มียีนอื่น บางชนิดเป็นพลาสมิดสองตัวรวมกัน จากนั้น พลาสมิดจะถูกแนะนำให้รู้จักกับเซลล์แบคทีเรีย ซึ่งพวกมันทำซ้ำ และโมเลกุลดีเอ็นเอลูกผสมที่เป็นที่ต้องการจะถูกระบุผ่านการวิเคราะห์ประเภทต่างๆ ตัวอย่างเช่น ถ้าพลาสมิดถูกผ่าออกจากกันที่ยีนใดยีนหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์สามารถมองหาเซลล์ที่ล้มเหลวในการแสดงออกของยีนนั้น และด้วยเหตุนี้จึงระบุการรวมตัวใหม่ที่ประสบความสำเร็จ

การเปลี่ยนแปลงที่ไม่ใช่แบคทีเรียโดยพื้นฐานแล้วเป็นกระบวนการเดียวกัน แต่ใช้เซลล์ที่ไม่ใช่แบคทีเรียเป็นโฮสต์ สามารถฉีด DNA เข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์เจ้าบ้านได้โดยตรง นักวิจัยอาจโจมตีเซลล์ด้วยอนุภาคโลหะขนาดเล็กที่เคลือบด้วยดีเอ็นเอ

การทรานส์เฟกชันมีความคล้ายคลึงกับการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก แต่มีการใช้ฟาจแทนพลาสมิด phage เป็นไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรีย ทั้งฟาจและพลาสมิดเหมาะอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการนี้ เนื่องจากจะทำซ้ำได้อย่างรวดเร็วภายในเซลล์แบคทีเรีย

เมื่อนักวิจัยระบุเซลล์แบคทีเรียเฉพาะที่มีลำดับรีคอมบิแนนท์แล้ว พวกเขาสามารถเติบโตเซลล์เหล่านั้นในการเพาะเลี้ยงและสร้างยีนจำนวนมากได้ เป็นเรื่องยากที่จะให้เซลล์แบคทีเรียสร้างโปรตีนจากเซลล์เจ้าบ้านของมนุษย์หรือสัตว์ แต่มีวิธีปรับแต่งการแสดงออกของยีนเพื่อทำให้การผลิตดังกล่าวง่ายขึ้น ถ้าเซลล์ที่มีนิวคลีเอตถูกใช้เป็นเซลล์เจ้าบ้าน (เช่นเดียวกับในการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ใช่แบคทีเรีย) เซลล์จะมีปัญหาน้อยลงในการแสดงออกของยีนลูกผสม

เมื่อยีนถูกโคลนจำนวนมากแล้ว ก็สามารถเก็บไว้ในห้องสมุดดีเอ็นเอ เรียงลำดับและศึกษาได้ เทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ DNA ทำให้เกิดการค้นพบที่สำคัญมากมายในด้านนิติเวช การศึกษาโรคทางพันธุกรรม การเกษตร และเภสัชกรรม