Що таке рекомбінантна ДНК?
Рекомбінантна ДНК - це послідовність ДНК, яка була штучно створена в лабораторії. ДНК - це шаблон клітин, який використовують для отримання білків, що складають живі організми, а розташування основ азоту вздовж ланцюга ДНК визначає, які білки утворюються. Виділяючи фрагменти ДНК і рекомбінуючи їх з іншими послідовностями, дослідники можуть клонувати ДНК всередині бактерій або інших клітин-господарів і виробляти корисні білки, такі як інсулін. Клонування дозволяє набагато легше вивчити певні послідовності ДНК, оскільки воно утворює велику кількість ДНК, яку потім можна модифікувати та проаналізувати.
Методи побудови рекомбінантної ДНК
Трансформація - це процес, за допомогою якого сегмент ДНК вставляється в плазміду - невелике самовідтворювальне коло ДНК. ДНК розрізають за допомогою рестрикційних ферментів. Ці ферменти виробляються в бактеріальних клітинах як захисний механізм, і вони націлюються на певні ділянки молекули ДНК і рубають її на частини. Ферменти обмеження особливо корисні, оскільки вони створюють "липкі кінці" на сегментах ДНК. Як і липучки, ці липкі кінці дозволяють ДНК легко з’єднуватися з доповнюючими сегментами.
Ген, що цікавить, і плазміди піддаються дії одного і того ж ферменту рестрикції. Це створює безліч різних молекул. Деякі з них є плазмідами, що містять ген, що цікавить, інші - плазмідами, що містять інші гени, деякі - це дві плазміди разом. Потім плазміди повторно вводяться в бактеріальні клітини, де вони реплікуються, і шукана молекула рекомбінантної ДНК ідентифікується за допомогою різних типів аналізу. Наприклад, якщо плазміду розрізати на певний ген, вчені можуть шукати клітини, які не експресують цей ген, і таким чином визначити успішну рекомбінацію.
Небактеріальна трансформація - це, по суті, той самий процес, але в якості господарів використовують небактеріальні клітини. ДНК можна вводити безпосередньо в ядро клітини-господаря. Дослідники також можуть забороняти клітину мікроскопічними металевими частинками, покритими ДНК.
Трансфекція дуже схожа на трансформацію, але замість плазмід використовують фаги. Фаг - це вірус, який заражає бактерії. Для цього процесу ідеально підходять як фаги, так і плазміди, оскільки вони швидко розмножуються в межах бактеріальної клітини.
Клонування та використання рекомбінантних послідовностей ДНК
Як тільки дослідники виявлять конкретні бактеріальні клітини, що містять рекомбінантну послідовність, вони можуть вирощувати ці клітини в культурі та генерувати велику кількість гена. Важко змусити бактеріальні клітини насправді генерувати білок із клітини-господаря людини або тварини, але існують способи налаштування експресії генів, щоб полегшити таке виробництво. Якщо клітини-хазяїни використовують ядерні клітини (як при небактеріальній трансформації), клітини матимуть менше проблем з експресією рекомбінантного гена.
Після клонування генів у великій кількості їх можна зберігати у бібліотеках ДНК, секвенувати та вивчати. Технологія рекомбінантної ДНК дозволила зробити багато важливих відкриттів у криміналістиці, вивченні генетичних захворювань, сільському господарстві та фармацевтиці.